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Title: Caracterização da diversidade microbiana da Praia dos Anjos - Arraial do Cabo - RJ através de metagenômica
Advisor: Rivera Davila, Alberto Martin
Members of the board: Silva Junior, Floriano Paes
Souza, Marcos Paulo Catanho de
Cury, Juliano de Carvalho
Cavalcanti, Maria Claudia Reis
Paulo Vicente, Ana Carolina
Authors: Cuadrat, Rafael Ricardo de Castro
Affilliation: Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil
Abstract: 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
Abstract: 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.
DeCS: Policetídeo Sintases
Fotossíntese
Sequência de Bases
Metagenômica
Issue Date: 2014
Citation: CUADRAT, Rafael Ricardo de Castro. Caracterização da diversidade microbiana da Praia dos Anjos - Arraial do Cabo - RJ através de metagenômica. 2014. 134 f. Tese (Doutorado em Biologia Computacional e Sistemas) - Fundação Oswaldo Cruz, Instituto Oswaldo Cruz, Rio de janeiro, RJ, 2014.
Date of defense: 2014
Place of defense: Rio de Janeiro/RJ
Department: Pós-Graduação em Biologia Computacional e Sistemas
Defense institution: Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz
Program: Programa de Pós-Graduação em Biologia Computacional e Sistemas
Copyright: open access
Appears in Collections:IOC - PGBCS - Teses de Doutorado

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