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Previous issue date: 2016-02-23 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Os ambientes marinhos cobrem cerca de 70% da superfície do planeta. Esses habitats apresentam uma grande variabilidade de temperatura, pressão e salinidade, abrigando uma vasta biodiversidade microbiana, pertencentes aos 3 domínios da vida (Archaea, Bacteria e Eukarya). Estes microrganismos representam até 98% da produção primária destes ambientes representando grande potencial para exploração e descoberta de novos compostos naturais de interesse para a indústria farmacêutica e da biotecnologia. Entretanto, apenas cerca de 1% dos microrganismos podem ser cultivados com as técnicas atuais utilizando-se meios de cultura em laboratório. Com objetivo de contornar esta limitação, estudos de metagenômica vem sendo conduzidos para analisar amostras de diferentes ambientes, incluindo ambientes aquáticos como rios, lagos e regiões costeiras ou de oceano aberto. No presente estudo, foram avaliados a diversidade taxonômica e o potencial metabólico de uma amostra (fracionada em duas por filtração, nomeadas: amostra E \2013 retida na membrana de 0,8 \03BCm e amostra P \2013 retida na membrana de 0,22 \03BCm) coletada na Praia dos Anjos (Arraial do Cabo \2013 RJ), um ambiente de grande interesse por ser afetado pelo fenômeno da ressurgência, além de sofrer impacto antrópico (turismo e pesca). Foram também triados genes do metabolismo secundário (PKS e NRPS) de microrganismos através de pirosequenciamento do DNA total da comunidade
Um total de 651.083 e 542.647 sequências de nucleotídeos (reads) foram obtidas das amostras P e E, respectivamente. As sequências obtidas foram analisadas através de similaridade com bancos de sequências públicas (Genbank) utilizando o pacote BLAST e o programa MEGAN para classificação taxonômica baseada no algoritmo do Último Ancestral Comum (LCA). O filo mais abundante nas duas amostras foi Proteobacteria, seguido por Bacteroidetes e Cyanobacteria (este último principalmente na amostra E). Membros do clado Roseobacter (principalmente gêneros Roseobacter e Ruegeria) foram encontrados em alta abundância nas duas amostras, porém a dominância é maior na amostra P (representando até 29% dos gêneros identificados). Através de modelos HMM (do inglês \201CHidden Markov Models\201D), foram triadas sequências de domínios conservados ceto-acil sintase - KS e domínio de condensação \2013 C, de enzimas PKS e NRPS, respectivamente. Um total de 84 sequências de KS e 46 sequências de domínio C foram encontradas nas duas amostras, mostrando o potencial deste ambiente para a descoberta de novos compostos de interesse para a indústria
Adicionalmente, a abundância e diversidade de bactérias aeróbias fotossintetizantes anoxigênicas (AAP) no metagenoma de Arraial do Cabo e em metagenomas públicos do projeto GOS foi investigada através de uma metodologia in silico utilizando perfis de modelos ocultos de markov (pHMM) para triar os genes do núcleo de reação da fotossíntese anoxigênica (pufM e pufL), além do gene bchX, e através destes estimar a abundância e diversidade de AAPs em metagenomas. A amostra de maior abundância em AAPs foi a amostra P de Arraial do Cabo, com aproximadamente 23,88% do total de células presentes na amostra. Das 10 amostras do GOS mais abundantes em AAPs, 8 (80%) foram obtidas de regiões próximas a linha do equador. Foi possível classificar as sequências de pufM em filogrupos, mostrando alta abundância do filogrupo G (clado das Roseobacter) em Arraial do Cabo. Este filogrupo se mostrou o mais cosmopolita, presente em 11 das 12 (91,66%) amostras analisadas. Os resultados nos permitiram concluir que o ambiente estudado foi afetado pelo fenômeno da ressurgência, e a amostra foi coletada após o bloom do fictoplanton / The marine environments cover ~70% of the Earth's surface. These habitats
present great variability
of temperature, pressure and salinity, harboring a wide range
of microorganisms from the three domains of life (Archaea, Bacteria and Eukarya)
which are responsible for ~98% of the marine primary production. This huge
biodiversity represents a great potent
ial, as its exploration allows us to discover new
enzymes for industrial use. However, only ~1% of the
environmental
microorganism
can be cultivated using culture
-
dependent approaches. To overcome this limitation,
metagenomics studies have been conducted u
sing samples for different
environments, including aquatic
ones
like costal seawater, deep seawater, open
ocean waters and freshwater from rivers and lagoons. In this work, we explore the
taxonomic diversity and the metabolic potential (to find new natural
compounds
produced by PKS and NRPS enzymes) of the Praia dos Anjos (Angel's Beach), in
Arraial do Cabo, Rio de Janeiro, Brazil
by
pyrosequencing its metagenome. The
sample was fractionated by filtration in 2 membranes to separate the eukaryotic
(sample E)
from prokaryotic communities (sample P).
A total of 651,083 and 542,647
reads were obtained for samples P and E, respectively.
The obtained sequences
were analyzed by similarity using the BLAST package and the MEGAN program,
applying the Last Common Ancest
ral (LCA) algorithm. The MG
-
RAST pipeline was
used to annotate the genes from the community.
The most abundant bacterial phylum present in both samples was
Proteobacteria, followed by Bacteroidetes and Cyanobacteria (mainly on sample E).
Members of
the Ros
eobacter
clade (
Roseobacter
and
Ruegeria
genus) was
abundant in both samples, but in larger abundance on sample P (up to 29% of
identified genus)
.
The keto
-
acyl synthase (KS) domains from PKSs and condensation domain
(C) from NRPS were screened using pHMMs
approach. A total of 84 KS sequences
and 46 C sequences were obtained from both samples, showing the potential of this
environment
for the
discover
y of
new compounds.
The aerobic anoxygenic
phototrophs bacteria (AAP) are
photoheterotrophic
microorganisms
that play
important roles on biogeochemical cycles.
In oceans, this group is wide
ly
distributed,
however,
its
abundance and
relevance
in carbon fixation is poorly understood.
In the
present work, with the aim to estimate the abundance and diversity of AAPs
in the
metagenome from Arraial do Cabo, an
in silico
approach using Hiden Markov Models
profiles
(pHMM) was developed to screen core genes of anoxygenic photosynthesis (
pufM
and
pufL
), in addition to chlorophyllide reductase subunit X gene (bchX). The
met
agenomes from Global Ocean Sample Expedition (GOS) was also screened with
comparative purposes. The most abundant sample was sample P from Arraial do
Cabo, with ~23.88% of total cells
in the sample
. The 10 most abundant samples from
GOS, in addition to the
2 samples from Arraial do Cabo, were selected to assembl
y
,
ORF extraction and phylogenetic analysis of
pufM
genes. From the 10 GOS
samples, 80% were collected in sites close to the Equador.
It w
as possible to classify
the most of sequences in phylogroups,
showing a high abundance of phylogroup G
(
Roseobacter
clade) in Arraial do Cabo samples. This phylogroup was the most
ubiquitous, present on 11 from 12
(
91.66%)
assembled
samples.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.arca.fiocruz.br:icict/13020 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Cuadrat, Rafael Ricardo de Castro |
| Contributors | Silva Junior, Floriano Paes, Souza, Marcos Paulo Catanho de, Cury, Juliano de Carvalho, Cavalcanti, Maria Claudia Reis, Paulo Vicente, Ana Carolina, Rivera Davila, Alberto Martin |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da FIOCRUZ, instname:Fundação Oswaldo Cruz, instacron:FIOCRUZ |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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