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Title: Mineração de dados metagenômicos visando a análise da diversidade de serina Beta-Lactamases em diferentes ambientes
Advisor: Rivera Davila, Alberto Martin
Members of the board: Cruz, Oswaldo Gonçalves
Assef, Ana Paula D’Alincont Carvalho
Mota, Fabio Faria da
Cury, Juliano de Carvalho
Calvacanti, Maria Claudia
Authors: Fróes, Adriana Machado
Affilliation: Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil
Abstract: O uso inadequado de antibióticos tem causado um grande impacto na saúde pública devido à seleção e aumento de bactérias patogênicas multirresistentes e de difícil tratamento. Dentre os antibióticos administrados na área clínica, os \03B2-lactâmicos são os mais usados e atuam no bloqueio da síntese da parede celular bacteriana, levando à sua morte. Bactérias desenvolveram resistência a esses antibióticos, devido, inclusive, à produção de \03B2-lactamases que são capazes de clivar o anel \03B2-lactâmico, permitindo que a síntese da parede celular bacteriana ocorra. Os hospitais são uma grande fonte de seleção de bactérias multirresistentes, passando para os esgotos municipais e ambientes, mas pouco se sabe a respeito da prevalência e diversidade desses genes em esgotos hospitalares. Sendo assim, o presente trabalho teve como objetivo a exploração taxonômica e funcional do metagenoma dos esgotos de dois hospitais do Rio (EHRJ), assim como a análise da diversidade de \03B2-lactamases presentes nesses hospitais e em bases de dados metagenômicos públicas (CAMERA e IMG/M). A análise taxonômica das sequências dos esgotos hospitalares do Rio revelou maior abundância de Firmicutes (~55%) e Bacteroidetes (~30%) em ambas as amostras hospitalares. A mineração de \03B2-lactamases foi realizada através de buscas com perfis HMM para cada classe (A, C e D) em bases de dados metagenômicos, incluindo a de EHRJ Os resultados indicaram a presença de prováveis homólogos de \03B2-lactamases nos diferentes ambientes, tendo sua anotação funcional confirmada por similaridade com bases de domínios conservados e filogenia, mostrando ser um método sensível e eficaz. Em relação às amostras de esgotos hospitalares, a filogenia mostrou que essas sequências foram agrupadas próximas às \03B2-lactamases representativas dos grupos Firmicutes e Bacteroidetes, corroborando com os resultados de análise taxonômica. As sequências das amostras EHRJ formaram um clado entre si, na maioria das vezes, distantes das sequências dos diferentes projetos metagenômicos previamente estudados de outros ambientes que agruparam próximas de sequências representativas do grupo Proteobacteria, em sua maioria. O hospital da Zona Sul do Rio apresentou uma maior abundância de \03B2-lactamases da classe A (50%), enquanto no hospital da Zona Norte a classe D (55%). Em relação às subclasses de \03B2-lactamases, ACC (53%), CfxA (65%), OXA-10 (30%) e LCR-1 (27%) foram as subclasses de \03B2-lactamases mais abundantes detectadas no efluente da Zona Sul, enquanto nas amostras da Zona Norte as mais abundantes foram CfxA (28,4%) e CEPA (20%), ACC e FOX (~20%) e OXA-10 (32%). Essa diferença na distribuição dessas subclasses pode estar relacionada com a quantidade e tipos de antibióticos \03B2-lactâmicos administrados em cada hospital. A análise taxonômica revelou que Firmicutes (~55%) e Bacteroidetes (~30%) foram os grupos mais abundantes presentes nas amostras de esgotos hospitalares do Rio
Abstract: The misuse of antibiotics has caused a huge impact on public health because of the selection and increase of multiresistent pathogenic bacteria , making its treatment extremely hard . Among the antibiotics taught in the clinical area, ß - lactamics are the most used and acts on blocking the bacteria cel l wall synthesis , causing its death. However, bacteria have evolved resistence to these antibiotics due mainly to the production of β - lactamases which are capable of cleaving the β - lactam ring, allowing the cell wall synthesis to occur . Hospitals are a gre at source of multiresistant bacteria selection , and it passes to municipal and environments effluents . However, little is known about the real prevalence of these genes in hospitals sewage. This work applied high - throughput sequenc ing and metagenomic analy ses to explore the diversity and functional analysis in bacterial community from two sewage hospitals in Rio de Janeiro - RJ and also to study the diversity of β - lactamases in those two hospitals environments, including those available in public databases su ch as CAMERA and IMG/M . S earches with pHMMs were performed against metagenomes datasets using appropriate profiles for studies concerning β - lactamases diversity. Besides, functional and taxonomic characterization of β - lactamases was performed using samples from the two hospitals sewage, including phylogenetic analysis of the possible β - lactamases . Results from the searches with pHMMs showed that these profiles were capable of mining β - lactamases from different sources, checked by similarity analysis with conserved patterns databases and phylogeny showing the efficacy and sensitivity of our pHMM - based approach in detecting putative β - l actamases sequences. Phylogeny assisted to classify these enzymes showing the sewage hospitals probable β - lactamases grouped along the same clade and close to Firmicutes and Bacteroidetes sequences, and distant from probable β - lactamases retrieved from met agenomic projects from environmental (especially aquatic and terrestrial), engineered and host - associated ecossystems, which grouped closer to β - lactamases from Proteobacteria, mainly. Hospital from South Zone (SZ) of Rio presented a greater abundance of c lass A β - lactamases (50%), while in the hospital from North Zone (NZ) were class D (55%). Concerning the subclasses of β - lactamases, ACC (53%), CfxA (65%), OXA - 10 (30%) and LCR - 1 (27%) were the most abundant detected on sewage samples from the SZ hospital of Rio as on samples from NZ hospital the most abundant were CfxA (28,4%) and CEPA (20%), ACC and FOX (~20%) and OXA - 10 (32%). Such difference in this subclasses distributions could be related to the quantities and types of β - lactams antibiotics administe red in the two hospitals. Taxonomic analysis revealed that Firmicutes (~55%) and Bacteroidetes (~30%) were the most abundant groups composing the hospital sewage samples from Rio
DeCS: beta-Lactamases/análise
Metagenômica
Resíduos de Serviços de Saúde
Antibacterianos
Issue Date: 2013
Citation: FRÓES, A. M. Mineração de dados metagenômicos visando a análise da diversidade de serina Beta-Lactamases em diferentes ambientes. 2013. 186f. Tese (Doutorado em Biologia Computacional e Sistemas) - Fundação Oswaldo Cruz, Instituto Oswaldo Cruz, Rio de janeiro, RJ, 2013
Date of defense: 2013-06-27
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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