Genômica comparativa de procariotos: análise da variabilidade em funções enzimáticas

Abstract

Esta tese trata de abordagens computacionais para a análise comparativa de genomas em larga escala e da análise da variabilidade em funções enzimáticas de procariotos. Este trabalho apresenta um banco de dados denominado ProteinWorldDB, que representa um esforço importante para criar um conjunto de dados consistente e confiável de comparações entre o conteúdo protéico codificado por centenas de genomas completamente seqüenciados, usando uma abordagem rigorosa baseada em programação dinâmica. Além disto, este trabalho descreve uma metodologia aprimorada para detecção e anotação de pseudogenes em procariotos (e outros organismos com organização genômica similar), e uma análise da ocorrência, distribuição e padrões de extinção de enzimas análogas preditas em procariotos. A base de dados ProteinWorldDB oferece à comunidade científica a oportunidade de minerar dados comparativos calculados de forma precisa e usar a informação disponível – e.g. índices de similaridade (e suas estimativas estatísticas) entre pares ou grupos de proteínas, proteínas ortólogas e parálogas inferidas, genes taxonomicamente restritos (únicos), entre outras – como ponto de partida para análises subseqüentes. Nossa metodologia para a detecção e anotação de pseudogenes em procariotos, baseada em comparações entre seqüências codificantes e regiões intergênicas de genomas-alvos, apresenta duas inovações importantes: a reconstrução da seqüência remanescente a partir de todos os fragmentos encontrados, não somente a partir do mais similar e a determinação de limiares de similaridade adequados ao conjunto de dados analisado, com base em validações estatísticas. A aplicação deste método na busca de pseudogenes na via glicolítica/gliconeogênese de centenas de procariotos resultou em um número expressivo de novos pseudogenes identificados, mostrando a necessidade de se incluir mecanismos de busca sistemática de pseudogenes nos fluxos de anotação genômica de procariotos. A análise da ocorrência, distribuição e padrões de extinção de enzimas análogas preditas na via glicolítica/gliconeogênese de centenas de procariotos nos revelou um quadro complexo, difícil de ser interpretado, mesmo quando apenas um pequeno grupo de espécies selecionadas foi utilizado. Um estudo mais detalhado, relacionando os resultados obtidos ao estilo de vida, filogenia, estrutura e organização genômicas destas espécies, será necessária para tentar responder às questões fundamentais que nos colocamos: como surgem as enzimas análogas e, sobretudo, por que, aparentemente, ocorreram tantos eventos de origem independente de atividades enzimáticas durante a evolução, e por que existem diferentes formas análogas coexistindo no mesmo organismo? A manutenção de duas ou mais formas análogas poderia proporcionar flexibilidade metabólica e, portanto, uma vantagem seletiva, dependendo do ambiente e estilo de vida do organismo; ou, ainda, distintas formas poderiam competir pela execução de uma mesma função e, neste caso, sendo uma das formas mais competitiva que a outra, a desfuncionalização da forma menos competitiva poderia representar uma vantagem seletiva, já que o gasto energético com a biossíntese da enzima seria eliminado. Seria possível considerar enzimas análogas como indivíduos e seus grupos como populações, todos em competição por um nicho metabólico em particular? Neste caso, seria plausível imaginar que enzimas mais competitivas teriam uma vantagem seletiva sobre formas alternativas menos competitivas e, conseqüentemente, dispersar-se-iam entre os diversos genomas bacterianos, com o passar do tempo.