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 marinhas
NCLDV: 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
Estudo das Associações em Biomas variados com relação ao
metagenoma
• 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
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.
Metagenôma microbiano e Metagenôma viral
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.
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;
(a) Genes para flagelo
(b) Quimiotaxia
(c) Motilidade de deslizamento
Observações Adicionais
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.
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
Obrigado!