Made available in DSpace on 2016-04-07T13:21:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 nelson_filho_ioc_dout_2015.pdf: 18433990 bytes, checksum: 8dd6a2876cb547b6a2d7fe8493822e55 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2015 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / A inferência de homologia entre organismos é uma atividade da genômica comparativa que possibilita compreender melhor a relação entre os mesmos e, por conseguinte, sua distância evolutiva. Especificamente, a identificação de genes ortólogos, ou seja, aqueles que têm sua origem em um ancestral comum, permite oferecer melhorias na anotação funcional de genes, uma vez que genes ortólogos tendem a ter sua função conservada. Com a crescente disponibilidade de genomas através de técnicas de NGS, a construção e atualização de bases de dados de ortólogos representam um desafio constante, pois demandam o estudo e identificação das relações entre os genes de tais organismos, em um volume de dados cada vez mais extenso e a um custo computacional cada vez mais elevado. Nesta tese propomos a solução para nuvem computacional elastic-OrthoSearch, um workflow científico de genômica comparativa inspirado no OrthoSearch, responsável pela inferência de homologia entre organismos com o uso de abordagem baseada em melhores hits recíprocos e perfis de Markov. Também propomos uma metodologia para criação de bases de ortólogos construída através do reuso do OrthoSearch. Esta metodologia mostrou-se capaz de alavancar a oferta de grupos ortólogos e assim auxiliar, por exemplo, na identificação de alvos de protozoários / Homology inference among organisms is a comparative genomics tasks which allows for a better understanding on how such organisms are related to each other and on their evolutionary distance. Specifically, the identification of orthologous genes – those who share a common ancestor – allows for functional gene annotation improvements, as orthologous genes tend to preserve their functions. The increasing amount of genomic data provided by the NGS techniques makes the orthologous databases’ building and update processes a challenging task. It requires the identification and study of the organisms’ genes relationships, in an extensive data volume and at an increasing computational cost. In this thesis we propose elastic-OrthoSearch, a cloud-enabled comparative genomics scientific workflow, derived from OrthoSearch. It aims at providing homology inference among organisms, in a reciprocal best hits and Markov profiles approach. We also propose an improved orthologous database creation methodology built on top of OrthoSearch. Such methodology has shown means to offer a broader orthologous groups dataset, which could in turn aid on Protozoa target identification.

Made available in DSpace on 2015-07-22T20:50:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-03-25 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / United Nations University (UNU-BIOLAC) / Formas tripomastigotas de T. cruzi expressam glicoproteínas de superfície da superfamília das trans-sialidases (TS), implicadas nos processos de invasão da célula hospedeira. As TSs constituem uma grande família gênica codificando grande número de proteínas de superfície. Populações de T. cruzi podem expressar diferentes formas antigênicas de TS. A identificação de genes TS localizados próximos aos telômeros sugeriu que as terminações cromossômicas poderiam atuar como local de geração de novas variantes TS. O objetivo deste trabalho é caracterizar as regiões teloméricas e subteloméricas do T. cruzi e investigar seu papel na recombinação e geração de variantes TS. Idfentificamos 49 “contigs” obtidos durante o projeto genoma que contém a repetição telomérica (TTAGGG). Destes “contigs”, em 45 a repetição telomérica está localizada em uma extremidade, e em quatro “contigs” está localizada internamente. A presença de repetições teloméricas internas poderia ser explicada por erros no alinhamento in silico das sequências ou por eventos de fusão de telômeros, formando cromossomos com repetições teloméricas intersticiais. Todos os contigs apresentam uma sequência conservada de 189 pb adjacente à repetição telomérica, denominada junção telomérica, que representa uma assinatura de extremidades cromossômicas de T. cruzi. Durante o trabalho, localizamos 40 dos 49 “contigs” teloméricos nos “contigs” cromossômicos de T. cruzi e relacionamos algumas extremidades cromossômicas às bandas cromossômicas separadas por eletroforese em gel de campo pulsado (PFGE). A estrutura das sequências subteloméricas de T. cruzi varia muito, principalmente como resultado de diferenças na quantidade e na organização de genes de proteínas de superfície (TS e DGF-1), genes “retrotransposon hot spot” (RHS), retroelementos e genes de RNA helicase e N–acetiltransferase entre as extremidades cromossômicas. As regiões subteloméricas possuem um grande número de pseudogenes, porém, também contêm genes completos, possivelmente expressos. Isto indica que estas regiões não representam apenas DNA não-funcional adjacente aos telômeros, mas formam parte do genoma expresso. O tamanho das regiões subteloméricas varia de 5 kb a 182 kb, sendo que as pequenas extremidades podem ter surgido de eventos recentes de quebra cromossômica e reparo dos telômeros. A falta de sintenia nas regiões subteloméricas sugere que genes localizados nestas regiões estão sujeitos a recombinação, o que aumenta sua variabilidade, inclusive em cromossomos homólogos. A presença de genes típicos subteloméricos pode facilitar a ocorrência de mecanismos de recombinação homóloga ou de recombinação mediada por micro-homologia, que podem usar estas regiões para o emparelhamento e recombinação de extremidades livres. Para verificar se eventos de recombinação envolvendo as extremidades cromossômicas estão ocorrendo no parasita construímos um cromossomo artificial de T. cruzi (TAC), uma construção linear que pode ser eficientemente introduzida em epimastigotas mantendo-se estável como um cromossomo do parasita. Estas construções (pTAC-gp85) não se integram ao genoma do parasita, e contém sequências subteloméricas, incluindo um pseudogene gp85, marcadores de seleção em ambos os braços e o gene repórter GFP. Após a eletroporação de epimastigotas com as construções, estas se mantiveram lineares epissomais e estáveis, por diversas gerações, mesmo na ausência de pressão seletiva com antibióticos. Ao longo do ciclo de vida do parasita, o cromossomo artificial se manteve estável, segregando-se junto aos outros cromossomos do parasita. Não foram detectados eventos de recombinação envolvedo deslocamento de genes do cromossomo articial para outro sítio genômico. Eventos de recombinação envolvendo genes TS subteloméricos podem estar ocorrendo em T. cruzi, mas possivelmente com menos frequência do que o esperado pela diversidade genética observada entre as linhagens e o grande número de variantes de antígenos de superfície no parasita. Eventos de recombinação em alguns parasitas da população dificilmente seriam detectados pela estratégia utilizada em nossos experimentos. O T. cruzi apresenta alta resistência aos efeitos da radiação ionizante, apresentando grande capacidade de reparo do DNA. A radiação gama causa a paralização do ciclo celular e fragmentação cromossômica, associada a quebras na dupla fita de DNA (DSBs – “double strand breaks”). No entanto, 48h após a irradiação, bandas cromossômicas de tamanho normal foram detectadas por PFGE. Embora tenha sido proposto que a recombinação mediada por Rad51 tenha papel importante no reparo de lesões do DNA, muitas dúvidas permanecem sobre a resposta do T. cruzi à radiação. Portanto, efetuamos experimentos para compreender o reparo dos cromossomos após a exposição de epimastigotas à radiação gama. Epimastigotas em crescimento exponencial (clone CL Brener e cepas G e CL) foram expostos a doses de 500 a 2000 Gy de radiação gama. Após a irradiação verificamos em intervalos regulares a sobrevivência das células, o crescimento celular, o dano e o reparo do DNA. A inibiçao do crescimento celular ocorreu imediatamente após a irradiação, e permaneceu por 96 h nos parasitas irradiados com 500 Gy e por até 12 dias nos parasitas irradiados com 1000 Gy. Parasitas irradiados com doses maiores (1500 e 2000 Gy) não sobreviveram. Utilizando ensaios que detectam DSBs (TUNEL) e fragmentação cromossômica (PFGE), avaliamos o efeito genotóxico da radiação em epimastigotas. Seis dias após a irradiação, a porcentagem de células irradiadas com 500 Gy marcadas positivamente com TUNEL é similar à de células não irradiadas e 3 vezes menor que nas células irradiadas com 1500 e 2000 Gy. Acreditamos que a fragmentação cromossômica e o número de células marcadas com o ensaio de TUNEL crescem conjuntamente. Comparamos o nível de sintenia entre parasitas irradiados e não irradiados pela análise de segmentos cromossômicos homólogos. Células irradiadas exibem uma impressionante conservação na organização dos genes em relação aos parasitas não irradiados. Nossos resultados confirmam a grande capacidade de reparo de DNA e de resistência à radiação apresentada pelo T. cruzi. / TEDE / BV UNIFESP: Teses e dissertações

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Rio de Janeiro, RJ, Brasil / De acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS), as Doenças Tropicais Negligenciadas (DTNs), como a doença de Chagas, tripanossomíase africana, entre outras, afetam cerca de 1 bilhão de pessoas no mundo. Apesar do impacto causado por estas doenças, as mesmas continuam sendo pouco estudadas. O reino Protista, ao qual os agentes etiológicos dessas doenças pertencem, incluem espécies de importância veterinária que causam muitas perdas para a indústria pecuária. Com os avanços da genética molecular, técnicas como a genotipagem estão sendo usado cada vez mais utilizadas para o estudo de protozoários parasitos. Genes ortólogos conservados em protozoários podem ser utilizados como loci para genotipagem desses protozoários, de modo a obter uma melhor caracterização interespecífica. Neste estudo, foram utilizadas técnicas de PCR singleplex e multiplex para a genotipagem de 16 espécies de protozoários de três diferentes gêneros: Trypanosoma spp., Leishmania spp. (classe Kinetoplastea) e Plasmodium spp. (filo Apicomplexa). Como metodologia de biologia molecular foram utilizados PCR e sequenciamento, bem como em bioinformática, onde foi utilizado filogenia molecular. Para esta finalidade, foram desenhados 39 pares de iniciadores degenerados e usados com o DNA genômico de espécies de protozoários de dois grupos: filo Apicomplexa e classe Kinetoplastea, em seguida, as reações de PCR foram realizadas a fim de padronizar as reações para um PCR multiplex. Além disso, os seguintes parasitos de importância para a saúde pública: T. cruzi, Leishmania braziliensis, L. amazonensis, L. guyanensis, Plasmodium falciparum e P. Vivax, foram utilizados neste trabalho A partir dos 39 pares de iniciadores, 9 pares foram selecionados compreendendo 7 loci para o presente estudo: metionil-tRNA sintetase, leucil-tRNA sintetase, seril-tRNA sintetase, subunidade U5 snRNP do spliceossomo, mismatch repair ATPase, triosefosfato isomerase e GTP-binding protein. Os testes a partir de diluições seriadas dos DNAs de Trypanosoma spp., Leishmania spp. e Plasmodium spp., onde mostraram uma sensibilidade de até 1 pg/\03BCL de DNA (para o locus Leucyl-tRNA synthetase em Trypanosoma e Leishmania). A reação inicial de PCR singleplex padronizada foi eficiente para todos os loci, o que proporcionou o desenho da reação de PCR multiplex, onde o melhor resultado foi a reação número 5, a qual foi utilizada um conjunto de iniciadores dos genes GTP-binding protein, U5 snRNP spliceosome subunit e Leucyl-tRNA synthetase, que quando integrados permitiram a genotipagem multilocus de tripanossomatídeos dos gêneros Leishmania spp. e Trypanosoma spp. A metodologia aplicada para a genotipagem destas espécies de parasitas foi bem-sucedida, e pode-se destacar após a observação de conjunto de resultados que o melhor locus em termos de especificidade, sensibilidade e fidelidade aos dados encontrados na literatura, foi Leucyl-tRNA synthetase, que apresentou resultados satisfatórios em todas as análises / According to the World Health Organization (WHO), Neglected Tropical Diseases (NTDs), examples being Chagas disease, African trypanosomiasis, among others, affect about 1 billion people in the world. However, they are little studied, despite its great impact on health. Also, they include species of veterinary importance that cause great harm to the livestock industry. The kingdom Protista, containing etiological agents of NTDs, they include species of veterinary importance and that cause great harm to the livestock industry. With advances in molecular genetics, techniques such as genotyping are being used increasingly used for the study of parasitic protozoans. Orthologous genes conserved in protozoa can be used as loci for genotyping, in order to obtain a better interspecific characterization. In this study, we used singleplex and multiplex PCR techniques for genotyping of 16 species of three different genus of protozoans: Trypanosoma spp., Leishmania spp. (class Kinetoplastea) e Plasmodium spp. (phylum Apicomplexa). As molecular biology methods were used PCR and sequencing of PCR fragments, as well as bioinformatics, using molecular phylogeny. For this purpose, were designed 39 degenerated primers for species of 2 groups: phylum Apicomplexa and class Kinetoplastea, then, the PCR reactions were performed with the aim of standardizing multiplex PCR reactions. Moreover, parasites of importance to public health such as Trypanosoma cruzi, Leishmania braziliensis, L. amazonensis, L. guyanensis, Plasmodium falciparum and P. vivax were used in this study Based on the 39 pairs of primers, 9 pairs were selected comprising 7 loci for this study: methionyl-tRNA synthetase, leucyl-tRNA synthetase, seryl-tRNA synthetase, subunit U5 snRNP the spliceosome, mismatch repair ATPase, triosephosphate isomerase, and GTP- binding protein. The tests from serial dilutions of DNA from Trypanosoma spp., Leishmania spp. and Plasmodium spp., which showed a sensitivity of up to 1 pg/\03BCL DNA (for Leucyl-tRNA synthetase locus on Trypanosoma and Leishmania). The initial standardized singleplex PCR reaction was efficient for all loci, which resulted in the design of multiplex PCR reaction, where the best result was the number 5 reaction which was used a set of primers of the GTP-binding protein genes, U5 snRNP spliceosome subunit and Leucyl-tRNA synthetase, which when integrated allowed genotyping trypanosomatides multilocus of the genus Leishmania spp. and Trypanosoma spp. The methodology used for genotyping of these parasite species was successful, and can highlight after observation of the result set that the best locus in terms of specificity, sensitivity and fidelity to data found in literature, was LeucyltRNA synthetase, which showed satisfactory results in all analyzes