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Title: Análise computacional de metagenomas: evidências de um resistoma marinho
Advisor: Vicente, Ana Carolina Paulo
Members of the board: Dávila, Alberto M. R.
Catanho, Marcos
Cury, Juliano C.
Thompson, Cristiane C.
Bruce, Thiago
Authors: Andrade, Bruno Gabriel Nascimento
Affilliation: Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Abstract: As Metallo-β-Lactamases (Mβls) são uma família de enzimas cuja importância clínica reside na sua capacidade de hidrolisar praticamente todos os antibióticos da classe dos β-Lactâmicos, incluindo as carbapenemas, que são os compostos mais poderosos utilizados atualmente, a única exceção são os monobactâmicos. Estas enzimas são classificadas em três subclasses, B1, B2 e B3, com base nas suas identidades em nível de sequência e perfil de atividade. As enzimas das subclasses B1 e B3, caracterizam-se por ter amplo espectro de ação enquanto que, as da subclasse B2, são carbapenemases estritas. O conjunto de genes associados à resistência das bactérias aos antimicrobianos, presentes em um determinado ambiente, é conhecido como “Resistoma”. Evidências caracterizam a microbiota de ambientes naturais como fonte e/ou reservatório destes genes e o resistoma ambiental como reservatório original das Mβls. Nosso estudo tem como objetivo buscar em projetos de metagenomas marinhos públicos evidências da existência de um resistoma neste bioma. Buscamos, in silico, por Mβls putativas similares àquelas encontradas em bactérias presentes em ambientes clínicos. Os projetos de metagenomas marinhos públicos foram obtidos no banco de armazenamento do Cyberinfrastructure for Advanced Microbial Research (CAMERA), buscas por Metallo-β-Lactamases foram feitas com o software HMMer V3, empregando um limiar de similaridade baseado em um e-value de 10-20, utilizando os alelos de Metallo-β-Lactamases conhecidos para a construção de perfis HMM, empregados como sondas. Para determinar a relação com as Metallo-β-Lactamases clínicas, uma segunda busca foi feita com os resultados do HMMer contra o banco de dados de proteínas não redundantes (NR) utilizando o programa Blastp do pacote Blast+. Motivos conservados característicos das Mβls foram identificados visualmente para a eliminação de falsos positivos, análises filogenéticas foram feitas utilizando o programa MEGA v5. Identificamos, em sítios de vários oceanos e mares, sequências apresentando Mβls putativas, apresentando similaridade de sequência estatisticamente relevante com Mβls clínicas, como: VIM, CFIA, BLAB, SPM, CPHA, GOB, L1, FEZ1 e CAU-1. Algumas destas Mβls putativas apresentaram identidade de sequência com suas similares clínicas, as Mβls VIM e SPM. Nossa análise mostrou que a Mβl GOB apresenta uma grande abundância e dispersão. Assim, apresentamos as primeiras evidências da existência de um resistoma marinho, caracterizado pela presença de sequências das três subclasses de Mβls e com ampla distribuição pelo meio marinho.
Abstract: The Metallo-β-lactamases (Mβls) are a family of enzymes with high impact in the clinic due to their ability to hydrolyze virtually all antibiotics belonging to the β-lactams group, excluding the monobactams. These enzymes are classified into three subclasses, B1, B2 and B3, based on their sequence similarity and the activity profile. The enzymes from subclass B1 and B3 present a broad spectrum of activity and the subclass B2 are strict carbapenemases. The set of genes associated with bacteria antimicrobial resistance present in an environment is known as “Resistome”. Studies have presented evidences characterizing the microbiota of natural environments as the source and/or reservoir of resistance genes and the environmental resistome as the original reservoir of Mβls. Our study aims to search publicly available marine metagenome projects for evidences of a marine resistome. We performed an in silico analysis to reveal putative Mβls that are similar to those found in the clinical setting. The marine metagenomic were downloaded from the Cyberinfrastructure for Advanced Microbial Research (CAMERA), and screened for Metallo-β-lactamases with the HMMer V3 software, with similarity threshold of an e-value of 10-20, using the known Metallo-β- lactamases alleles to build HMM profiles, and used them as queries. In order to determine the relationship between these two groups, the results were queried against the NCBI non-redundant protein database using the Blastp software with the same e-value cutoff. The Mβl motifs were visually identified to eliminate false positives, and phylogenetic analysis were made using the MEGA v5 software. Putative sequences showing identity with clinical Mβls, such as: VIM, CFIA, BLAB, SPM, CPHA, GOB, L1, FEZ1 and CAU-1 were found in samples from distinct oceans. Our analysis showed that the Mβl GOB is variable and dispersed in various sites of the oceans. Thus, we could map and bring evidences of the marine resistome based on the presence of the three subclasses of Mβls distributed in the ocean.
Keywords: Marine Environment
Computational Biology
Metagenome
Beta-Lactamases
keywords: Ambiente Marinho
Biologia Computacional
Metagenoma
Beta-Lactamases
DeCS: Ambiente Marinho
Biologia Computacional
Metagenoma
Beta-Lactamases
Issue Date: 2012
Publisher: Instituto Oswaldo Cruz.
Citation: ANDRADE, Bruno Gabriel Nascimento. Análise computacional de metagenomas: evidências de um resistoma marinho. 2012. 53 f. (Mestrado em Biologia Computacional e Sistemas) – Instituto Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, 2012.
Date of defense: 2012
Place of defense: Rio de Janeiro / RJ
Defense institution: Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz.
Program: Curso de Pós-Graduação em Biologia Computacional e Sistemas
Copyright: open access
Appears in Collections:IOC - PGBCS - Dissertações de Mestrado

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