METAGENOMA

VIROLOGIA - UFRJ

Metagenômica

É a análise feita do genoma de uma comunidade de microrganismos,de um determinado ambiente, por técnicas modernas independente de cultivo individual das espécies. Essa abordagem consiste na extração de DNA diretamente do ambiente e construção de uma biblioteca metagenômica com este genoma misto.

Estudo Metagênomico

Estudo de Biomas com relação a metagenoma de vírus e micróbios

Foram realizadas análises estatísticas diferenciando as seguintes associações nos variados ecossistemas:

Vantagens:• Através da análise metagenômica foi possível sugerir

novos padrões de evolução, mudanças de idéias existentes sobre a composição do mundo do vírus e revelando novos grupos de vírus.

• Com desenvolvimento dessa técnica foi possível permitir uma melhora no conhecimento da biodiversidade microbiana existente nas amostras(biomas).

• Apenas uma pequena parcela dos microrganismos, em torno de 1 1% , são cultiváveis em laboratório pelas técnicas padrões de cultivo.

The SEED Platform

Amostras Re-analisadas de...

• Mar Sargaço de 5m de profundidade e 80m• Ártico• Costa da Colúmbia Britânica • Golfo do México • Base de dados contendo genes de fagos

conhecidos

Propriedades do DNA marinho

Ptns conhecidas no GenBank não redundantes

Grupos ortólogos conservados de fagos

Grupos ortólogos conservados celulares

Classificação taxonômica dos melhores pares

Correlação entre compostos virais e metagenomas celulares

Pangenoma

• Devido a baixa fração de sequências genômicas semelhantes, podemos concluir que estes metagenomas fazem parte de um pangenoma viral marinho

• Pangenoma é a soma de todos os genes comuns a todas as cepas mais os genes adicionados ao genótipo único encontrado em cada vírus isolado. Estes vírus possuem muitos genes mal conservados, possibilitando muitas possibilidades de novos genótipos.

• Outra hipótese para a formação de um pangenoma, seria a transferência genética através de agentes de transferência de genes(GTA). São partículas semelhantes a fagos, que podem conter uma coleção de genes bacterianos ou virais.

• A escassez de genes conhecidos nos novos vírus pode demonstrar que os GTAs são enriquecidos em genes mal conversados, possivelmente devido a uma pressão seletiva.

Vírus encontrados em regiões marinhasNCLDV: nucleocytoplasmic large DNA viruses

Pesquisa Blast, compara sequências fornecidas com sequências de um banco de dados.

A diversidade dos vírus RNA positivo de seus hospedeiros

Ordem dos Picornavirales – Picornavirus

• Diferentemente dos viromas de DNA, até 40% das leituras do viroma marinho de RNA apresentam similaridade com sequências de vírus conhecidos .

INTRODUÇÃO

• A atividade microbiana modela a biogeoquímica do planeta e a saúde dos macroorganismos

• Importância da determinação destes metabolismos está na manipulação e entendimento dos ecossistemas

• Processo metabólico importante pra o crescimento e sobrevivência nos ambientes

• A descrição de funções microbiais possui dificuldade de isolamento e cultivo

• O artigo compara 15 milhões de seqüências de 45 microbiomas distintos e pela primeira vez foi sequênciado 42 viromas distintos

• Foram realizados análises estatísticas diferenciando as seguintes associações nos variados ecossistemas:– Subterrâneo – Hipersalino– Marinho– Água Doce– Coral– Microbialities– Associações em psciculturas (Peixes)– Associações a animais terrestres– Associações a Mosquito

Estudo das Associações em Biomas variados com relação ao metagenoma

Porcentagem média das sequências similares aos principais metabolismos.

- Um total de 1.040.665 sequências dos 45 metagenomas microbianos e 541.979 sequências dos 42 metagenomas virais foram significamente semelhantes a genes funcionais da SEED.- Mostra uma análise das sequências genéticas atribuídas a cada subsistema principal ( vias metabólicas), com análise combinada entre os microbiomas e os viromas.

Diversidade funcional média e regularidades dos metagenomas, provadas de 9 biomas.

- Mostra que a maioria dos subsistemas estiveram representados em todas as amostras.

Análise funcional do metagenoma microbiano e viral, através de uma análise canônica discriminante(CDA), feita para testar a hipótese de que cada ambiente tem um perfil metabólico de distinção.

Gráficos estão correlacionados ao esquema anterior : Melhor observação da força de

influência dos processos metabólicos;

Observações:• Virulência é a capacidade

patogênica de um microorganismo, medida pela mortalidade que ele produz e/ou por seu poder de invadir tecidos do hospedeiro.

• Nos microbiotas o metabolismo de proteínas apresenta pouca variação e relevante importância;

• Respiração no bioma de corais tem grande expressividade;

• Nos vírus, em geral, o metabolismo de carboidratos tem uma alta percentagem;

• Nos vírus devemos ressaltar o metabolismo do DNA que esta relacionado a reprodução viral.

Metagenôma microbiano e Metagenôma viral

(a) Genes para flagelo

(b) Quimiotaxia

(c) Motilidade de deslizamento

Comparação de sequência similares conforme a descrição pelo SEED

Nos vírus, há a biossíntese da proteína FLhA , proteínas reguladoras de quimiotaxia (CheA e CheB) foram desproporcionais;

Nos microbiotas , a proteína de motilidade, via secretoria tipo 2 e GldJ foram desproporcionais;

A expressão de CheA e CheB em bacterias tem haver com a motilidade flagelar;

Essencialmente, toda a diversidade funcional foi representada nos vírus;

Foi proposto que a frequência de um gene que determina uma função metabólica reflete sua importância em um meio independente da origem taxonômica;

A transferência de genes pode estar controlando a distribuição destes dentro do ambiente.

Observações Adicionais

Conclusões

• Os metabolismos variaram e as diferenças metagenomicas prevêem as condições biogeoquímica de cada ambiente

Conclusões

• Os vírus possuem capacidade de influenciar nas atividades metabólicas das microbiotas, sugerindo as seguintes funções:– Repositório para armazenamento e divisão de

genes entre seus hospedeiros microbianos – Influência evolucionária global– Desencadear novos mecanismos metabólicos

através da plasticidade genomica

Conclusões

• Metagenômica:– Acesso a genes de microorganismos incultiváveis– Limita a avaliação taxonômica e a estimativa da

diversidade na biosfera– Utilização biotecnológica como por exemplo a

prospecção de enzimas

Biotecnologia

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