As b-defensinas são pequenos peptídeos catiônicos com estrutura rica em folhas b pregueadas e seis cisteínas conservadas. São bastante estudadas em mamíferos, mas pouco em serpentes. Utilizando a PCR foram descritos 13 genes b-defensina-símiles em serpentes do gênero Bothrops e Lachesis . Eles se organizam em três éxons e dois íntrons; há alta similaridade no éxon1, íntron 1 e 2, mas os éxons 2 e 3 estão sob evolução acelerada. A análise filogenética por máxima parcimônia revelou que o gene ancestral de b-defensina-símile pode ter três éxons em vertebrados e sua evolução ocorreu de acordo com o modelo de nascimento-e-morte. Peptídeos b-defensina-símiles reduzidos, testados por ensaio de inibição de crescimento em meio líquido, apresentaram atividade inibitória contra Escherichia coli, Citrobacter freundii, Micrococcus luteus e Staphylococcus aureus. A crotamina reduzida foi mais ativa que a forma nativa. Os resultados indicam que a carga líquida era a característica bioquímica mais importante na atividade antibiótica dos peptídeos b-defensina-símiles. / b-defensins are small basic cationic peptides with b-sheet-rich fold plus six conserved cysteines. They are fully studied in mammals, but scarce in snakes. Using a PCR approach, we described 13 b-defensin-like sequences in Bothrops and Lachesis snakes. They are organized in three exons and two introns; they show high similarities in exon 1, intron 1 and intron 2, but exons 2 and 3 have undergone accelerated evolution. Phylogenetic analysis was done using maximum parsimony indicate that the ancestral b-defensin-like gene may have three exons in vertebrates and that their evolution occurred according to a birth-and-death model. Reduced b-defensin-like peptides were tested by microbroth dilution assay, showed inhibitory activity against Escherichia coli, Citrobacter freundii, Micrococcus luteus e Staphylococcus aureus. The reduced form of crotamine was more active than native. The results indicate that the positive net charge is the most important biochemical characteristic of b-defensin-like peptides to antibiotic activity.

Os vírus Influenza A infectam um largo espectro de hospedeiros e causam epidemias anuais. São vírus com alta variabilidade genética e RNA segmentado, que podem sofrer rearranjos entre os genes de diferentes vírus. Em 2006, foram analisadas 521 amostras de crianças menores de 5 anos atendidas no HU-USP e 25 foram positivas para Influenza A, sendo H3N2 o mais prevalente (68%). Cinco genes de 18 amostras foram seqüenciados e obtivemos 13 sequencias de HA, 12 da NP, 12 de NA, 14 da M e 10 da NS. Verificou-se a presença de várias mutações, especialmente na HA e NA, que favoreceram a substituição da cepa vacinal naquele ano. Todas as amostras H3N2 apresentaram sítios de resistências aos inibidores da M2. Diferentes linhagens circularam no mesmo ano, tanto de H1 como de H3, favorecendo rearranjos entre elas. Foram verificados, também rearranjos envolvendo os genes da HA e NP, indicando o complexo mecanismo de evolução desses vírus e enfatizando a necessidade de monitoramento da circulação e caracterização de seus genes. / Influenza A virus infects a wide range of hosts and cause annual outbreaks. RNA segmented virus has high genetic variability and may have rearrangements between the genes of different viruses. In 2006, 521 samples of children younger than 5 years were analyzed and 25 tested positive for Influenza A virus, of which the subtype H3N2 is the most prevalent (68%). Five genes of 18 samples were sequenced and 13 sequences of HA, 12 of NP, 14 of M and 10 of NS obtained were. The presence of this several mutations, especially in the HA and NA genes probably helped the replacement of the vaccine strain in that year. All H3N2 subtype samples showed points of resistance to M2 inhibitors. The phylogenetic analysis revealed the circulation of different lineages in the same year, for both H1 and H3, and the presence of two rearrangements involving the HA and NP genes. These results indicate the influence of rearrangements in the evolution of the virus and emphasize the need for monitoring of circulation and characterization of genes.

A busca pelo repertório genético por trás de características comportamentais e reprodutivas de espécies de primatas tem desafiado nosso grupo de pesquisa. A premissa principal nesse tipo de estudo baseia-se na hipótese de que um traço fenotípico (seja ele fisiológico, comportamental, etc) compartilhado por um grupo taxonômico inteiro deve ser determinado por um repertório genético comum a esses táxons. Considerando a complexidade de muitas dessas características, temos ampliado nossos estudos para vários genes da rede OXT – AVP – PRL, usando abordagens in silico, in vitro, e in vivo. Na presente Tese, o conjunto gênico de estudo foi selecionado por uma metodologia baseada na ontologia biológica, com critério de seleção para características como comportamento materno, amamentação e aspectos reprodutivos, tais como comportamento de acasalamento e de corte. Essa seleção resultou em 12 genes candidatos para o estudo: AVP, AVPR1A, AVPR1B, ESR1, FOS, HCRT, OXT, OXTR, PRL, PRLH, PRLR e TRH. Exploramos aqui esse conjunto gênico da rede OXT – AVP – PRL através da mineração de dados, buscando por seus ortólogos nas várias espécies de primatas e de outros mamíferos, bem como através de novos dados de sequências da região codificadora dos genes PRLR e PRLH, em um conjunto de espécies de primatas do Novo Mundo (NWM, conforme sigla em inglês). Adicionalmente, sequências das regiões codificadoras de PRLR foram também obtidos em espécies de marsupiais. Com o objetivo de elucidar os padrões evolutivos dos genes de interesse, utilizamos análises como os testes NsSites e Branch Sites do pacote PAML, assim como vários testes populacionais clássicos, para diferentes conjuntos amostrais. Além disso, foi feita a predição da estrutura secundária das proteínas-alvo, utilizando metodologia específica do programa PSIPRED, bem como o PONDER-FIT, para a caracterização de aminoácidos intrinsecamente desordenados. Nossos resultados das análises in silico sugerem que os genes da família de receptores da vasopressina (AVPR1A, AVPR1B, e AVPR2) apresentam um padrão compatível com seleção positiva em mamíferos placentários. Alguns dos sítios com sinal de seleção apresentam motivos lineares (SLiMS) preditos no receptor AVPR2, que podem ter facilitado a emergência de novidades adaptativas, conforme foi sugerido para a espécie do rato-canguru Dipodomys ordii, que habita regiões áridas. As análises dos dados originais da região codificadora do gene PRLR em 17 espécies de NWM revelaram vários sítios presentes na forma longa do receptor com alta probabilidade de estarem sob seleção positiva, sendo que alguns deles (posições 507, 532 e 572) estão associados com o parto gemelar, uma característica das espécies de Callitrichidae. Adicionalmente verificamos no ramo dos Siimiformes um motivo linear de interação que reconhece domínios SH3 (Src Homology 3). Os domínios SH3 e os seus locais de ligação foram descritos para centenas de proteínas; eles fornecem à célula um meio particularmente conveniente e adaptável de interação específica proteína-proteína, que pode ser de importância funcional. Esse trabalho como um todo contribuiu para o conhecimento do repertório genético relacionado à complexa rede de mecanismos neuroendócrinos associados à emergência de traços adaptativos, tanto fisiológicos quanto comportamentais em diferentes clados de mamíferos. / The search for the genetic repertoire behind behavioral and reproductive features of Primate species has challenged our research group. The principal premise in this kind of study is based on the hypothesis that a phenotypic trait (either physiological, behavioral, etc.) shared by an entire taxonomic group should be determined by a genetic repertoire common to these taxa. Considering the complexity of many of these features, we have expanded our studies for several genes of the OXT - AVP - PRL network, using in silico, in vitro, and in vivo approaches. In the present Thesis, the set of genes for the study was selected by a methodology based on biological ontology, with features like maternal behavior, breastfeeding, and reproductive aspects, such as mating and courtship behavior. This selection resulted in 12 candidate genes for the study: AVP, AVPR1A, AVPR1B, ESR1, FOS, HCRT, OXT, OXTR, PRL, PRLH, PRLR, and TRH. We explored here this gene set of the OXT – AVP – PRL network through data mining, searching for their orthologues in many Primate species and other mammals, as well as through new sequence data from the PRLR and PRLH coding region in a set of New World Monkey (NWM) species. Additionally, sequences from the PRLR coding regions were also obtained in marsupial species. To elucidate evolutionary patterns of the genes of interest, we used the NsSites and Branch Sites tests from PAML package, as well as several classic population tests, for different sample sets. In addition, we predicted the secondary structure of target proteins, using a specific methodology of the PSIPRED program, as well as PONDER-FIT for prediction of intrinsically disordered amino acids. Our in silico results suggest that the genes of the vasopressin receptor family (AVPR1A, AVPR1B, and AVPR2) present a pattern compatible with positive selection in placental mammals. Some of the sites with selection signals have linear motifs (SLiMS) predicted in the AVPR2 receptor, which may have facilitated the emergence of adaptive novelties, as was suggested for the kangaroo rat Dipodomys ordii, which inhabits arid regions. Analyses of the original PRLR coding region data on 17 NWM species revealed several sites present in the long form of the receptor with a high probability of being under positive selection, some of them (positions 507, 532 and 572) being associated with twin births, a characteristic of Callitrichidae species. Additionally, we verified in the Siimiformes branch a linear interaction motif that recognizes SH3 domains (Src Homology 3). The SH3 domains and their ligands were described for hundreds of proteins; they provide a particularly convenient and adaptable medium of specific protein-protein interaction to the cell, which can be of functional importance. This work as a whole contributed to the knowledge of the genetic repertoire connected to the complex network of neuroendocrine mechanisms associated to the emergence of physiological and behavioral adaptive traits in different mammalian clades.

Seleção balanceadora é um processo evolutivo que engloba diversos mecanismos: vantagem do heterozigoto, seleção dependente de frequência, pressões seletivas que variam ao longo do tempo ou do espaço, e alguns casos de pleiotropia. O estudo desses mecanismos em si foi e ainda é um tópico de grande interesse para os biólogos evolutivos, e moldou o estudo da evolução ao longo do último século. Antes de a teoria neutra ter sido proposta, acreditava-se que a seleção balanceadora fosse comum. A descoberta de que muita da diversidade genética observada podia ser explicada por evolução neutra motivou, portanto, uma melhor compreensão da seleção balanceadora como um regime seletivo capaz de manter variantes vantajosas nas populações. O estudo da seleção balanceadora, em seus primórdios, foi restrito a organismos que podiam ser manipulados em laboratório. Com o advento de métodos que permitiam quantificar a variabilidade genética - tais como a eletroforese de proteínas, sequenciamento em pequena escala e re-sequenciamento genômico de milhares de indivíduos -, a variabilidade genética humana passou a ser ativamente estudada e interpretada. Diversos estudos buscaram por assinaturas de seleção natural - i.e., padrões de variação genômica deixadas por tais regimes seletivos - e avaliaram seu significado comparando-as com o que seria esperado sob um cenário estritamente neutro. A maior parte desses esforços foram concentrados no estudo da seleção positiva, tida como o principal mecanismo responsável pela evolução adaptativa. Poucos estudos buscaram assinaturas de seleção balanceadora no genoma humano. Isso se deve em parte à escassez de métodos com alto poder para detectar tais assinaturas. Adicionalmente, estudos prévios não analisaram dados em escala genômica, ou se concentraram principalmente nas regiões codificadoras de proteínas. Aqui, nós descrevemos um método simples e com alto poder para detectar assinaturas de seleção balanceadora. Em humanos, esse método supera outros comumente usados para a detecção de tais assinaturas e, em teoria, poderia ser usado para detectá-las em outras espécies, desde que seu poder seja avaliado caso-a-caso através de simulações neutras. Nosso método (\"Non-Central Deviation\", NCD) é apresentado em duas versões: NCD2, que requer informação acerca dos polimorfismos da espécie analisada e das substituições entre essa espécie e um grupo externo, e NCD1, que requer apenas informação acerca dos polimorfismos da espécie analisada. Embora em humanos NCD2 supere NCD1, este último pode ser utilizado para espécies para as quais não haja informação de um grupo externo. Quando aplicamos NCD2 a dados humanos, usando chimpanzé como grupo ex- terno, encontramos mais de 200 genes codificadores de proteínas com forte assinatura de seleção balanceadora, dos quais apenas 1/3 tinha evidência prévia de seleção balanceadora. Encontramos também um enriquecimento para diversas categorias de ontologia gênica, das quais cerca da metade é relacionada à imunidade. Verificamos que dentre os genes com evidências de seleção balanceadora há um excesso de casos de expressão preferencial em tecidos tais como \"adrenal\" e \"pulmão\", e também um excesso de genes com expressão mono-alélica. No geral, vimos que as regiões selecionadas no genoma humano incluem tanto sítios codificadores quanto regulatórios. Não encontramos um excesso de assinaturas de seleção balanceadora em regiões regulatórias, ao contrário do que reportaram outros estudos. Finalmente, encontramos um excesso de polimorfismos não-sinônimos em relação aos sinônimos nos genes selecionados. Tendo documentado a ocorrência de seleção balanceadora no genoma humano e identificado genes que foram potencialmente alvos deste regime seletivo, nós investi- gamos as consequências evolutivas desse processo. Nós partimos da hipótese que a seleção balanceadora sobre um sítio reduz a eficiência com a qual a seleção purificadora elimina variantes deletérias em sítios vizinhos. Esse processo é uma consequência do quanto a seleção sobre um loco afeta, através de ligação genética, as frequências de sítios não-neutros adjacentes. Testamos essa hipótese examinando se os genes sob seleção balanceadora apresentam um excesso de variantes deletérias em relação a expectativas derivadas a partir do restante do genoma. Usando três diferentes métricas para determinadas se e/ou o quão deletéria é uma dada variante, identificamos um excesso de variantes deletérias dentro dos genes sob seleção balanceadora, e mostramos que tal padrão não pode ser atribuído a efeitos confundidores. Esse achado mostra que, juntamente com os benefícios associados à variação adaptativa, a seleção balanceadora aumenta o fardo de mutações deletérias no genoma humano. De forma geral, nossos achados sugerem que a seleção balanceadora provavelmente mantém variantes genéticas envolvidas em uma miríade de processos biológicos além da imunidade e que ela foi mais comum no genoma humano do que se acreditava anteriormente, afetando entre 1-8% dos genes codificadores de proteínas, bem como diversas regiões não-codificadoras. Adicionalmente, a seleção balanceadora parece ser importante para a evolução humana não apenas por seu efeito sobre a aptidão, mas também por ter sido uma importante força capaz de moldar a diversidade genética observada atualmente em humanos e a susceptibilidade a doenças / Balancing selection is an evolutionary process that encompasses several mechanisms: heterozygote advantage, negative frequency dependent selection, selective pressure that fluctuates in time or in space, and some cases of pleiotropy. The study of these mechanisms .per se has been and still is a topic of great interest for evolutionary biologists, and has shaped the study of evolution throughout the last century. Before the proposition of the neutral theory of molecular evolution, it was believed that balancing selection was pervasive. The realization that much of the observed genetic diversity could be explained by neutral evolution thus motivated a better understanding of balancing selection as a selective regime capable of maintaining adaptive variants in populations. The study of balancing selection, in its early stages, was restricted to organisms that could be manipulated in the laboratory. With the advent of methods that allowed quantification of genetic variation - such as protein electrophoresis, small scale sequencing and genome-wide re-sequencing of thousands of individuals - human variation started to be actively studied and interpreted. Several studies have looked for signatures of natural selection - i.e., patterns of genomic variation that selective regimes leave in the genome - and evaluated their significance by comparing them to what would be expected under a strictly neutral scenario. Most of these efforts focused on the study of positive selection, thought of as the prime mechanism responsible for adaptive evolution. Only a few studies looked for signatures of balancing selection in the human genome. This is partially due to the paucity of powerful methods to detect its signatures. Moreover, previous studies either did not analyze data on genomic scale or focused primarily on protein-coding regions. Here, we describe a powerful and simple method to detect signatures of balancing selection. In humans, it outperforms other methods commonly used to detect such signatures and could in theory be used for other species, provided that its power is evaluated for each species through neutral simulations. Our method (\"Non-Central Deviation\", NCD) has two versions: NCD2, which requires polymorphism information on the ingroup species, as well as divergence information between the ingroup and an outgroup species, and NCD1, which only requires the ingroup information. Although NCD2 is more powerful for humans, NCD1 can be used for species that lack information from an outgroup. When applying NCD2 to human data, using chimpanzee as the outgroup, we found more than 200 protein-coding regions with strong signatures of balancing selection, only 1/3 of which had prior evidence for balancing selection. There was also an enrichment for several gene ontology categories, approximately half of which are related to immunity. We also found that among genes with evidence for balancing selection there was an excess of cases of preferential expression in specific tissues, such as \"adrenal\" and \"lung\", and an excess of genes with mono-allelic expression. Overall, we found that selected regions of the genome include both coding and regulatory sites. We failed to find a marked excess of balancing selection in regulatory regions, as reported in previous studies. Finally, we found an excess of nonsynonymous versus synonymous polymorphisms within the selected genes. Having documented the occurrence of balancing selection in the human genome and identified genes which were potential targets of this selective regime, we next investigated evolutionary consequences of this process. We hypothesized that balancing selection acting on a site reduces the efficiency with which purifying selection purges deleterious variants at nearby sites. This process is a consequence of how the dynamics of selection at one locus, mediated by linkage, can interfere with the frequencies of adjacent non-neutral sites. We tested this hypothesis by examining if the genes under balancing selection show an excess of deleterious variants with respect to expectations derived from the remainder of the genome. Using three different metrics to determine deleteriousness, we identified a significant excess of deleterious variants within balanced genes, and we show that this pattern cannot be attributed to confounding factors. This finding shows that together with the benefits associated with adaptive variation, balancing selection is increasing the burden of deleterious mutations in the human genome. Overall, our findings suggest that balancing selection likely maintains variation in a myriad of biological processes other than immunity and that it has been more common in the human genome than previously thought, affecting between 1-8% of human protein-coding genes, as well as a number of non-protein coding regions. Moreover, balancing selection appears to be important to human evolution not only because of its influence on fitness, but also because it has been an important force shaping current human genetic diversity and susceptibility to disease

A crise primordial da informação genética tal como delineada pelo modelo de quasi-espécies tem permanecido há mais de três décadas como um desafio as teorias de origem da vida e evolução pré-biótica. A despeito das diversas soluções propostas ao longo desse período, não há ainda uma que seja plenamente aceita pela comunidade científica. Dentro dessa gama de soluções, os modelos que usam uma abordagem de seleção em múltiplos níveis destacam-se como uma alternativa ao paradigma da área, o celebrado modelo de hiperciclos. Denominados modelos de vesículas pré-bióticas, entre os quais destaca-se o corretor estocástico, estes assumem a cooperação, de forma mais ou menos explícita, como ingrediente essencial para vencer a crise da informação genética. A cooperação tem sido vista como capaz de proporcionar um modo de contornar a crise sucitada por Eigen ao permitir a divisão da informação essencial em diversas partes, todas abaixo do limiar da catastrofe de erro. Entretanto, até muito recentemente, havia pouca literatura especializada explorando esta classe de modelos, especialmente no que tange à questões de coexistência. O objetivo desta dissertação é estudar mais profundamente alguns modelos deste tipo dando ênfase a este tipo de problema. Inicialmente, vamos explorar um modelo determinístico de seleção de grupo similar ao corretor estocástico, baseado no famoso Wright’s Island Model com algumas modificações. Em especial, relaxamos a necessidade de tempos de geração iguais nos dois níveis da dinãmica. Além deste, também vamos estudar uma versão menos restritiva do modelo de compartimentos original. Nos dois casos, a idéia geral é buscar as condições que garantam a coexistência dos diversos tipos de genes envolvidos. / The primordial genetic information crisis as defined by the Eigen’s quasispecies model, which can be used as a paradigm here, has been a challenge to any theory about the origin of life and prebiotic evolution for more than three decades. Despite several tentative solutions proposed along this period, there’s no consensual solution to the scientific community. Among that diversity of solutions, models that use a multilevel selection approach have been seen as an viable alternative to area’s paradigm, the hypercycles model. Those called prebiotic vesicle models, whose principal example is the stochastic corrector model, assume cooperation, in a more or less explicit fashion, as an essencial ingredient to solve the genetic crisis. Cooperation has been seen as capable of providing means to bypass the genetic crisis by dividing the essential information into several pieces, each one bellow the error threshold. Until recently, no complete treatment for such a model could be found in the specialized literature, specially in relation to replicators coexistence questions. So, the main purpose of this dissertation is the throughly exploration of some of those models with emphasis in coexistence aspects. Initially, we will explore a deterministic group selection model based in the celebrated Wright’s Island Model with some modifications. We relax some of the assumptions os the model to accommodate distinct time scales between the different levels of the model. Besides this model, we will study a less restrictive version of a compartment model. In both cases, we give special emphasis in the search of coexistence conditions that guarantee the survival of the different templates.

Made available in DSpace on 2016-03-28T12:34:06Z (GMT). No. of bitstreams: 3 480.pdf: 1790566 bytes, checksum: fa7db34091b49d7221ed81205a289cf4 (MD5) 2011lins-rhfb.pdf: 1790566 bytes, checksum: fa7db34091b49d7221ed81205a289cf4 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Fundação Oswaldo Cruz. Centro de Pesquisas Aggeu Magalhães. Recife, PE, Brasil / Yersinia pestis é o agente causador da peste, doença primária de roedores, transmitida por pulgas infectadas, podendo infectar o homem e outros mamíferos. A maioria dos estudos de genotipagem realizada em cepas brasileiras de Y. pestis demonstrou baixo poder discriminatório, revelando padrões genotípicos semelhantes para cepas com diferentes características epidemiológicas. A análise do clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) vem sendo utilizada para genotipagem e estudos filogenéticos em diferentes gêneros bacterianos, inclusive de Y. pestis. Neste estudo foi realizada a genotipagem de cepas de Y. pestis da coleção de cultura do Serviço Nacional de Referência em Peste do Centro de Pesquisas Aggeu Magalhães - CPqAM/FIOCRUZ, isoladas nos três focos de peste do Estado de Pernambuco, pela análise dos locos CRISPR. Para as amplificações das 51 amostras, foram utilizados primers dirigidos às sequências CRISPR descritas na literatura (YPa, YPb e YPc). Os amplicons obtidos, após PCR, foram sequenciados, a fim de analisar a estrutura de cada loco CRISPR. Dois locos se apresentaram polimórficos: YPa, com alelos de 150pb a 570pb e YPb, com alelos de 330pb a 331pb. O loco YPc se mostrou monomórfico com alelos de 208pb. Os padrões CRISPR obtidos para cepas de Y. pestis de focos de outros países foram os mesmos observados nas cepas brasileiras. Diferentes arranjos dos espaçadores (YPa, YPb e YPc) foram observados e possibilitou que as cepas fossem agrupadas em 12 perfis genotípicos (PG1-PG12). Dois perfis foram distribuídos nos três focos estudados: PG1 perfil mais frequente (38 cepas) e PG3 (seis cepas). Os demais perfis foram específicos de uma determinada região de isolamento: PG2 para o foco de Triunfo e PG4-PG7 para o foco de Araripe. Os perfis PG8 a PG12 representaram o restante das cepas de focos de outros países. As mesmas cepas foram analisadas, anteriormente, através de onze locos VNTR (MLVA), e foram agrupadas em 35 perfis genotípicos / A menor diversidade observada no CRISPR ocorre, provavelmente, devido à região estar envolvida na codificação gênica e com maior pressão seletiva, portanto, com menor risco de sofrer mutação decorrente de estocagem. A análise dos locos CRISPR, complementar ao uso do MLVA, será útil na identificação e rastreamento de novas cepas, contribuindo para o estabelecimento de medidas de controle adequadas nas áreas de foco para prevenção da peste e na investigação de novos casos que possam surgir no Brasil

Resumo: O gênero Zaprionus tem sido eleito como um bom modelo biológico para estudos genéticocomparativos com as espécies do subgrupo melanogaster do gênero Drosophila, embora seu posicionamento filogenético dentro da família Drosophilidae ainda seja controverso. Na presente Tese foi investigada a presença de 10 elementos de transposição (TEs) em Zaprionus indianus e Drosophila malerkotliana, bem como a distribuição, a atividade transcricional e as relações evolutivas de três retrotransposons (copia, gypsy e micropia) em sete espécies do gênero Zaprionus. Para isso, foram empregadas as técnicas de Dot blot, PCR, RT-PCR e seqüenciamento. As seqüências obtidas foram comparadas às dos respectivos elementos das demais espécies de drosofilídeos disponíveis nas bases de dados genômicas. Os resultados indicam que Z. indianus e D. malerkotliana apresentam em seus genomas todos os TEs de D. melanogaster investigados. O retrotransposon copia foi seqüenciado e está transcricionalmente ativo nas sete espécies do gênero Zaprionus e constitui uma nova subfamília relacionada aos elementos do subgrupo melanogaster, que foi denominada subfamília GBFDouble-gap. Por outro lado, os retrotransposons gypsy e micropia foram identificados nas espécies do subgênero Zaprionus, onde também estão transcricionalmente ativos, e pertencem às subfamílias já descritas para as espécies do subgrupo melanogaster. As análises evolutivas sugeriram que esses três retrotransposons devem ter participado de eventos de transferência horizontal com as espécies do subgrupo melanogaster e com pelo menos um doador desconhecido, no caso do retrotransposon micropia. Além disso, o cálculo dos tempos de divergência dos elementos sugere que eles passaram por ondas de transferências horizontais, mais antigas para o retrotransposon copia, e mais recentes para gypsy e micropia. Esses resultados... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The Zaprionus genus has been elected as a good biological model for comparative analyses with the melanogaster subgroup of Drosophila genus, though its phylogenetic positioning within the Drosophilidae family is still controversial. This study aiming at investigating the occurrence of 10 transposable elements (TEs) in Zaprionus indianus and Drosophila malerkotliana species, as well the distribution, transcriptional activity and evolutionary relationships of three retrotransposons (copy, gypsy and micropia) in seven species of Zaprionus genus. To do so, Dot blot, PCR, RT-PCR and sequencing methods were employed. The Zaprionus sequences obtained were compared with the drosophilid sequences available in genomic databases. The results indicated that Z. indianus and D. malerkotliana harbor all D. melanogaster TEs investigated. The copia retrotransposon is present and transcriptionally active in seven species of the Zaprionus genus and represents a new subfamily related to that of the melanogaster subgroup, named as GBFDouble-gap subfamily. Additionally, gypsy and micropia retrotransposons were identified in the Zaprionus species subgenus, which are transcriptionally active and belong to the melanogaster subgroup subfamilies. The evolutionary analysis showed the three retrotransposons could have been involved in horizontal transfer events with species of the melanogaster subgroup for the three retrotransposons and at least one unknown donor regarding to micropia retrotransposon. Moreover, the time of divergence seems to indicate that the retrotransposons experienced horizontal transfer waves, the oldest involving the copia element followed by the gypsy and micropia retrotransposons in more recent times. These results suggest that the horizontal transfer phenomenon has happened repeatedly during the Zaprionus genus and melanogaster subgroup evolution in the Afrotropical region. / Orientador: Cláudia Márcia Aparecida Carareto / Coorientador: Marie Anne Van Sluys / Banca: Hermione Elly Melara de Campos Bicudo / Banca: Maria Magdalena Rossi / Banca: Galina Ananina / Banca: Elgion da Silva Loreto / Doutor

A crise primordial da informação genética tal como delineada pelo modelo de quasi-espécies tem permanecido há mais de três décadas como um desafio as teorias de origem da vida e evolução pré-biótica. A despeito das diversas soluções propostas ao longo desse período, não há ainda uma que seja plenamente aceita pela comunidade científica. Dentro dessa gama de soluções, os modelos que usam uma abordagem de seleção em múltiplos níveis destacam-se como uma alternativa ao paradigma da área, o celebrado modelo de hiperciclos. Denominados modelos de vesículas pré-bióticas, entre os quais destaca-se o corretor estocástico, estes assumem a cooperação, de forma mais ou menos explícita, como ingrediente essencial para vencer a crise da informação genética. A cooperação tem sido vista como capaz de proporcionar um modo de contornar a crise sucitada por Eigen ao permitir a divisão da informação essencial em diversas partes, todas abaixo do limiar da catastrofe de erro. Entretanto, até muito recentemente, havia pouca literatura especializada explorando esta classe de modelos, especialmente no que tange à questões de coexistência. O objetivo desta dissertação é estudar mais profundamente alguns modelos deste tipo dando ênfase a este tipo de problema. Inicialmente, vamos explorar um modelo determinístico de seleção de grupo similar ao corretor estocástico, baseado no famoso Wright’s Island Model com algumas modificações. Em especial, relaxamos a necessidade de tempos de geração iguais nos dois níveis da dinãmica. Além deste, também vamos estudar uma versão menos restritiva do modelo de compartimentos original. Nos dois casos, a idéia geral é buscar as condições que garantam a coexistência dos diversos tipos de genes envolvidos. / The primordial genetic information crisis as defined by the Eigen’s quasispecies model, which can be used as a paradigm here, has been a challenge to any theory about the origin of life and prebiotic evolution for more than three decades. Despite several tentative solutions proposed along this period, there’s no consensual solution to the scientific community. Among that diversity of solutions, models that use a multilevel selection approach have been seen as an viable alternative to area’s paradigm, the hypercycles model. Those called prebiotic vesicle models, whose principal example is the stochastic corrector model, assume cooperation, in a more or less explicit fashion, as an essencial ingredient to solve the genetic crisis. Cooperation has been seen as capable of providing means to bypass the genetic crisis by dividing the essential information into several pieces, each one bellow the error threshold. Until recently, no complete treatment for such a model could be found in the specialized literature, specially in relation to replicators coexistence questions. So, the main purpose of this dissertation is the throughly exploration of some of those models with emphasis in coexistence aspects. Initially, we will explore a deterministic group selection model based in the celebrated Wright’s Island Model with some modifications. We relax some of the assumptions os the model to accommodate distinct time scales between the different levels of the model. Besides this model, we will study a less restrictive version of a compartment model. In both cases, we give special emphasis in the search of coexistence conditions that guarantee the survival of the different templates.

Orientador: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-24T00:00:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Prause_AndreRichard_D.pdf: 4277553 bytes, checksum: d91469a30bbec7480bb60a683266a0af (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Com o aumento da busca por novas fontes renováveis para a substituição do petróleo fóssil como substrato de derivados petroquímicos, as indústrias de plásticos, atualmente um dos ramos mais dependentes da acessibilidade do petróleo, já alcançaram um nível alto de sustentabilidade em linhas de polímeros verdes. Porém, rotas verdes para a obtenção do produto final ainda não foram implantadas industrialmente, sendo que somente precursores dos monômeros desejados são produzidos. A partir desses precursores, o processo é continuado convencionalmente através de operações químicas até a obtenção do monômero. O desenvolvimento de uma rota enzimática para esses monômeros pode ser uma alternativa para os processos praticados na indústria. Enzimas são amplamente utilizadas para a bio-conversão industrial de compostos químicos e a busca por enzimas capazes de catalisar novas reações tem se intensificado, criando uma demanda maior por processos automatizados com aplicação de protocolos de rastreamento de alto desempenho. Para a realização da produção enzimática de alcenos de cadeia curta, uma enzima nativa, apresentando um mecanismo catalítico similar à reação desejada, foi modificada pela aplicação do conceito de "desenho de proteínas", que reúne técnicas de diversificação, recombinação, clonagem, expressão heteróloga e rastreamento, utilizando a "enzima molde" como ponto de partida. A enzima P450BS?, selecionada por apresentar os melhores pré-requisitos para modificações estruturais, foi submetida ao "desenho de proteínas", gerando 5.271 versões mutantes. O rastreamento de alto desempenho automatizado dessas proteínas alteradas, utilizando uma plataforma robótica, possibilitou a obtenção de uma enzima que apresenta a nova ação catalítica da conversão de 100 ?M de ácido octanóico para 2,6 ?M de 1-hepteno. Essa nova enzima abre o caminho para a produção industrial de "bio-alcenos" em micro-organismos, criando um sistema de fermentação que poderia sustentar uma rota verde para os monômeros necessários para a produção de plásticos. / Abstract: With the increased search for renewable resources for substituting fossil petroleum as the raw material for petrochemical products, the plastics industry, currently being one of the branches with the highest dependency on petroleum availability, already reached a high level of sustainability in their green polymer lines. Still, green routes producing the final product have not been implemented industrially and only precursors of the desired are being produced. Using these precursors, the process is continued conventionally, using chemical operations for the production of the monomers. The development of an enzymatic route toward these monomers could be an alternative for current industrial processes. Enzymes are widely used in industrial bioconversion of chemicals and the search for enzymes with the potential of catalyzing new reactions has intensified, creating a higher demand for automatized processes for the application of high-throughput screening protocols. In order to realize the enzymatic production of short-chained alkenes, a native enzyme, presenting a catalytic mechanism similar to the target reaction, was modified, applying the concept of "protein design", which unites diversification, recombination, cloning, heterologous expression and screening techniques, utilizing the "template enzyme" as a starting point. The enzyme P450BS?, selected for possessing the best prerequisites for structural modifications, was submitted to "protein design", creating 5,271 mutant versions. Automatized high-throughput screening of these altered proteins, utilizing a liquid handling platform, enabled the discovery of an enzyme, which presents a new catalytic action: the conversion of 100 ?M butyric acid to 2.6 ?M 1-heptene. This new enzyme opens the way for the industrial production of "bio-alkenes" in microorganisms, creating a fermentation system, which would be able to sustain a green route toward the necessary monomers for the production of plastics. / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

Orientador: Zanoni Dias / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-20T03:52:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dias_UlissesMartins_D.pdf: 19168517 bytes, checksum: 463a6e15e1414ce37a0fe80f92de6b07 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Esta tese aborda três aspectos da comparação entre genomas: primeiro, eventos de transposição; segundo, eventos de reversão e de reversão quase-simétrica; terceiro, estudo da distância entre genomas sem ligação com algum tipo específico de rearranjo. O estudo do primeiro aspecto, eventos de transposição, permitiu a criação de um novo algoritmo de aproximação na razão 1.375 e de modelos exatos usando programação em lógica com restrições para o problema da distância de transposição. Ambas as abordagens foram comparadas com outras semelhantes encontradas na literatura e, em ambos os casos, foi mostrado que o produto aqui apresentado é superior 'aqueles previamente conhecidos. Sob o segundo aspecto, eventos de reversões e de reversões quase-simétricas, houve avanços relacionados ao entendimento do processo de diferenciação das espécies na família Pseudomonadaceae e nos gêneros Mycobacterium, Shewanella e Xanthomonas com a criação de uma ferramenta de simulação capaz de gerar um histórico evolutivo com características semelhantes 'as observadas nos referidos grupos. Além disso, foram obtidos avanços em abordagens algorítmicas para o problema de construção de scaffolds usando um genoma de referência. De modo particular, foi obtida uma ferramenta superior 'as demais existentes na literatura para construção de scaffolds de genomas bacteriais. Ainda neste segundo aspecto, tratou-se do problema da distância de reversões quase-simétricas com a geração de um algoritmo guloso que fornece uma sequência de reversões quase-simétricas para ordenar qualquer permutação, além de algoritmos exatos para várias famílias específicas de permutações. No que diz respeito ao terceiro aspecto, foram desenvolvidas duas medidas que podem ser calculadas de forma eficiente (poucos segundos). Uma das medidas é adequada para genomas próximos e a outra é adequada para genomas distantes. Ambas foram avaliadas com genomas bacteriais reais, o que mostrou as vantagens e limitações de cada medida. Com esta tese, espera-se ter contribuído para a área de comparação de genomas em geral e, em particular, para a área de rearranjo de genomas / Abstract: In this PhD thesis, we work on three aspects of genome comparison: first, transposition events; second, inversion and almost-symmetric inversion events; third, whole-genome distance measures that are not connected to any specific kind of rearrangement event. The study of transposition events (first aspect) allowed us to create a new 1.375-approximation algorithm and some exact models using constraint logic programming. These approaches were compared to other published methods and in all cases our methods perform best. The second aspect of this thesis concerns inversion and almost-symmetric inversion events. In this regard, we developed a simulation tool for the study of symmetric inversions in bacterial genomes. Through this work we were able to contribute to the understanding of the evolutionary differentiation process in species of the following groups: the Pseudomonadaceae family, the Xanthomonas genus, the Shewanella genus, and the Mycobacterium genus. We used the knowledge acquired in building our simulation tool to establish a method that uses inversion signatures to generate draft genome sequence scaffolds using a complete genome as a reference. Apart from the practical applications of this research, we contribute to the computer science field by providing a theoretical framework for the almost-symmetric distance problem that can be improved in the future and can serve as a basis for approximation and heuristic algorithms. This framework is comprised of a greedy algorithm for any permutation, exact algorithms for specific families of permutation, and several lemmas and conjectures related to these problems. The third and last aspect of this thesis addresses the need for methods that can quickly and effectively compare large sets of genome sequences. We propose two new methods for efficiently determining whole genome sequence distance measures. One of them is aimed at comparing closely related genomes, and the other is meant to compare more distant genomes. Both measures were evaluated in order to find their limitations and their efficacy. It is our hope that thiswork represents a contribution to knowledge of the genome comparison field in general, and the genome rearrangement field, in particular / Doutorado / Ciência da Computação / Doutor em Ciência da Computação