PPGBIONF - Mestrado em Bioinformática

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Abordagens da biologia de sistemas na investigação dos pontos de articulação nas rotas metabólicas do KEGG
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2020-08-14) Brandão, Igor Augusto; Dalmolin, Rodrigo Juliani Siqueira; ; ; Costa, Cesar Renno; ; Albanus, Ricardo D'Oliveira;
O estudo da essencialidade das proteínas por meio de métodos laboratoriais é caro e não escalável para grandes quantidades de proteínas, desta forma é relevante avaliar a essencialidade das várias proteínas de uma via metabólica como um todo através de ferramentas computacionais. Em geral, uma via metabólica pode ser analisada como grafos, os quais fornecem diferentes recursos para o estudo das características topológicas de redes, como os seus pontos de articulação e disposição dos nós. Atualmente, pesquisas em bioinformática estudam a essencialidade de proteínas com base nas métricas de betweenness e degree, contudo a teoria dos grafos sugere que os pontos de articulação podem ser nós importante em uma rede resta avaliar se esses pontos de articulação são de fato essenciais para as vias metabólicas e seu impacto topológico na rede. Utilizando análises baseadas em métricas de rede, o nosso objetivo é verificar se de fato esses pontos de articulação representam gargalos na rede, sendo estes caracterizados como proteínas de frequências elevadas e localizadas no centro das redes. Para tanto, identificamos os pontos de articulação em diferentes vias metabólicas do KEGG, avaliamos o impacto de cada um deles, calculamos sua frequência e comparamos suas ocorrências com as demais proteínas. Inicialmente, fizemos o levantamento das vias metabólicas do KEGG que estavam disponíveis através dos arquivos KGML associados às redes. Após a listagem das vias disponíveis, os dados estruturais de cada uma delas foram convertidos em objetos do tipo grafo. Os parâmetros ponto de articulação, betweenness e degree foram utilizados para classificar as proteínas constantes em cada via metabólica. Aproximadamente 20% das proteínas foram classificadas como pontos de articulação, das quais 3,75% foram identificadas pela alta frequência e localização em regiões centrais da rede. Além disso, a maior concentração dos pontos de articulação ocorreu na faixa de frequência dos 80 a 90%. Um padrão de não aleatoriedade na distribuição dos pontos de articulação foi identificado nos grupos com frequências acima de 74,5%. Finalmente, a biossíntese de esteroides foi a via metabólica com o maior número de pontos de articulação com frequências superiores a 80% em sua constituição. A oxidoredutase foi a classe dos pontos de articulação presente no maior número de vias metabólicas. As descobertas sugerem que os gargalos das redes avaliadas são pontos de articulação com as frequências mais altas e localizados no centro da rede. Resta realizar análises mais aprofundadas a respeito dos papéis biológicos destes pontos de articulação encontrados
Alport autossômica: um estudo de duas famílias norte-rio-grandenses
(2019-12-19) Falcão, Raul Maia; Souza, Jorge Estefano Santana de; ; ; Jerônimo, Selma Maria Bezerra; ; Balbino, Valdir;
Síndrome de Alport (SA) é uma patologia geneticamente rara, heterogênea e hereditária associada a mutações germinativas nos genes de colágeno tipo IV (COL4A3, COL4A4 e COL4A5). Caracterizada por provocar perda progressiva das funções renais, auditiva e lesões oculares durante a primeira infância, o progresso da doença evolui para uma doença renal terminal frequentemente associada à falência renal. Estudos que visam diagnosticar precocemente indivíduos com essa nefropatia pode levar ao tratamento adequado e, portanto, melhorar a expectativa de vida. Atualmente tem surgido esforços, focados no genoma dos pacientes, para a criação de testes de diagnósticos de doenças/síndromes raras. Sob esse olhar, conhecer mutações, genes e vias metabólicas envolvidas com a patologia é crucial para o entendimento da complexidade dessas doenças. Pensando em corroborar com os achados e estudos a respeito da SA foi realizado o sequenciamento do exoma de duas famílias do Rio Grande do Norte (RN), ambas compostas por quatro indivíduos. Através dos softwares GATK e VARSCAN2 foi realizada a chamada de variantes seguida de uma varredura por variantes deletérias identificadas por um script in house. Os resultados apontaram duas variantes deletérias inéditas nos genes que formam as cadeias α3 e α4 do colágeno tipo IV (um stop codon no COL4A3 e frameshift em COL4A4) levando a um truncamento prematuro da proteína. Ambas variantes foram detectadas em estado de homozigose nos probandos e em heterozigose nos demais membros da família. Adicionalmente foi detectado uma ampla região de Runs of Homozigosity (ROH) envolvendo os genes COL4A3 e COL4A4 em ambos os probandos das duas famílias. De acordo com os achados das variantes deletérias nos genes COL4A3 e COL4A4 em regiões de ROH, essas variantes passam a estar relacionadas a SA de forma que observações semelhantes possam servir como suporte para possíveis alvos na criação de novos testes de diagnóstico e para o serviço de Aconselhamento Genético.
Análise baseada em biologia de sistemas destaca processos alterados que afetam a sobrevida geral de pacientes com sarcoma de Ewing
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-04-06) Dalmolin, Matheus Gibeke Siqueira; Sinigaglia, Marialva; http://lattes.cnpq.br/5450809564180533; https://orcid.org/0000-0002-5400-0909; http://lattes.cnpq.br/6696965491888991; Almeida, Rita Maria Cunha de; Gregianin, Lauro José
O Sarcoma de Ewing (SE) é uma doença altamente agressiva e a segunda neoplasia óssea pediátrica mais frequente. A marca registrada do SE é a presença do fator de transcrição aberrante EWSR1-FLI que impulsiona a reprogramação metabólica. Os procedimentos terapêuticos aumentaram parcialmente a sobrevida do SE, mas ainda apresentam alta toxicidade e causam morbidade significativa. Para sugerir estratégias terapêuticas mais eficientes, é necessário um entendimento mais abrangente das vias que impactam a sobrevivência do SE para o desenvolvimento de novos diagnósticos e estratégias terapêuticas. Aqui, identificamos diferenças no nível de transição entre pacientes com SE com sobreviventes de curto prazo (SCP) e sobreviventes de longo prazo (SLP) com base em dados transcricionais disponíveis em três conjuntos de dados públicos, aplicando a análise do transcriptograma. Três agrupamentos comuns diferencialmente expressos nas coortes analisadas foram identificados. Processos relacionados à resposta e reparo ao dano do DNA, resposta imune, apoptose e autofagia foram desregulados entre os grupos SCP e SLP. Além disso, o enriquecimento funcional dos genes comuns entre três clusters e regulons ES destacam o upregulation da via Hippo em pacientes SCP. Nossa análise sugere que diferentes processos podem estar orientando o desfecho de pacientes com SE de forma integrada e podem contribuir para a diversidade de fenótipos impulsionados pela flutuação da expressão de EWSR1-FLI1.
Análise do alvo predito da plumieridina em Cryptococcus neoformans
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2020-02-28) Souza, Eden Silva e; Vainstein, Marilene Henning; Lima, João Paulo Matos Santos; ; ; ; Barbosa, Euzébio Guimarães; ; Souza, Gustavo Antonio de; ; Staats, Charley Christian;
Criptococose é uma infecção fúngica causada por leveduras de Cryptococcus spp. A infecção inicia-se quando células dessecadas ou esporos são inalados e chegam aos pulmões. Se a doença não for propriamente tratada, a infecção pode evoluir, atingir o sistema nervoso central e resultar em meningite meningocócica e até em óbito. O tratamento da criptococose é realizado em três estágios e faz uso de três drogas: fluconazol, anfotericina B e 5-flucitosina. Embora eficaz, o uso destas drogas pode resultar no surgimento de resistência fúngica, efeito tóxico para os pacientes e fármacos com a flucitosina não são comerciados em todos os países. Desta forma, propõe-se investigar o modo de ação do composto antifúngico plumieridina bem como a identificação do seu alvo molecular em C. neoformans. Para isso, realizou-se uma série de experimentos in vitro e in silico. Inicialmente, frações cromatográficas do extrato aquoso das sementes de Allamanda polyantha foram submetidas a ensaios de atividade antimicrobiana. Submeteu-se a fração com atividade antifúngica a análise de ressonância magnética nuclear de carbono e hidrogênio afim de se identificar compostos presentes na amostra. Atividade antifúngica, avaliada através de ensaios antifúngicos, foi de 0.250 mg/mL e o componente majoritário na fração foi a plumieridina. Através da triagem virtual baseada na similaridade do ligante, quitinase foi identificada como alvo molecular da plumieridina. Modelos tridimensionais das quitinases de C. neoformans foram criados e, através do atracamento molecular, observou-se a interação com resíduos do sítio ativo. Ensaios de inibição da atividade quitinolítica mostraram que a atividade é significativamente reduzida na fração secretada e fração celular solúvel. No entanto, a atividade quitinolítica é pouco reduzida pela presença de plumieridina na fração celular insolúvel, onde são necessárias maiores concentrações do composto. Embora plumieridina seja capaz de inibir a atividade quitinolítica, o composto não parece estar relacionado aos níveis transcricionais das quitinases de C. neoformans, reduzindo apenas os níveis transcricionais do gene CHI22. Observou-se que extratos contendo quitinases de macrófagos de camundongo, Bacillus subitilis e de Tenebrio molitor também são inibidos na presença de plumieridina. O tratamento com plumieridina ainda altera o padrão de distribuição dos quitooligômeros na parece celular: de um padrão polarizado para um padrão difuso pela parede. Os resultados validam a predição da triagem virtual e mostram que a inibição da atividade quitinolítica pela plumieridina resulta em divisão celular incompleta e, consequente, atividade antifúngica. Finalmente, os resultados indicam que a plumieridina inibe quitinase e cause morte de C. neoformans, entrentanto, a inibição também ocorre em outros membros da família GH18, indicando que este é um potencial inibidor de GH18.
Análise energética in silico da interação do ER? com estrogênios relacionados a neoplasma mamária: estradiol e dietilestilbestrol
(2018-08-10) Costa, Aranthya Hevelly de Lima; ; ; Dalmolin, Rodrigo Juliani Siqueira; ; Freire, Valder Nogueira;
O câncer de mama é uma doença hormônio-dependente, que possui vários subtipos diferentes, padrões de expressão de genes e manifestações distintos (CHENG et al., 2002). Segundo o Instituto Nacional de Câncer (INCA), nas mulheres, apresenta a maior incidência e mortalidade, tanto em países em desenvolvimento quanto em países desenvolvidos. A maioria das neoplasias mamárias são ER + (receptor de estrogênio positivo), isto é, dependentes de 17β-estradiol e o número de ERα (receptor de estrogênio subtipo alfa) é superior ao número de ERβ (receptor de estrogênio subtipo beta), evidenciando a importância do subtipo alfa nesta doença. Este trabalho mensurou as energias de ligação individual dos resíduos que compõem o ERα com o 17β-estradiol e Dietilestilbestrol, utilizando a simulação computacional. Para tanto, foi empregado a Teoria do Funcional Densidade (DFT) e o Método de Fracionamento Molecular com Caps Conjugados (MFCC). Os resultados obtidos constataram que os resíduos com os valores energéticos mais significativos são: GLU353, LEU391, MET343, LEU346, MET388, ARG394, PHE404, HIS524, ASP411, LEU525, ARG352 e ARG548. Estes resultados ajudam a caracterizar a interação entre o 17β-estradiol e o Dietilestilbestrol com o ERα e, por sua vez, podem ser utilizados como base para estudos, planejamento estrutural do fármaco, modulação dos fármacos existentes, tal como para o design de novas drogas.
Análise exploratória do Transcriptoma do Arapaima gigas
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2020-09-29) Martins, Danilo Lopes; Souza, Jorge Estefano Santana de; ; ; http://lattes.cnpq.br/6248158300785155; Dalmolin, Rodrigo Juliani Siqueira; ; Santos, Sidney Emanuel Batista dos;
O Arapaima gigas, conhecido como pirarucu, é considerado um dos maiores peixes de água doce do mundo, com um notável interesse no mercado da aquicultura devido às suas características biológicas particulares, incluindo o seu rápido crescimento nos seus primeiros anos de vida. Nos últimos anos, apesar da disponibilização massiva de dados advindos de projetos de sequenciamento, poucos foram os que abordaram o táxon que inclui essa espécie. O presente estudo foi desenvolvido com a finalidade de caracterizar o transcriptoma dessa espécie, através de uma análise exploratória transcricional e dos padrões de expressão gênica relacionados a perfis genes tecido-específicos, além de evidenciar genes sexo-específicos. Por meio do sequenciamento do cDNA de 12 amostras de tecidos diferentes do pirarucu, montou-se um transcriptoma de referência com a estratégia de montagem guiada pelo genoma referência. Foram analisados os padrões de expressão gênica para os diferentes tecidos de macho e fêmea de espécimes adultos. Pipelines como STAR, SortMeRNA, Braker2, Diamond e mygene para a montagem e anotação gênica foram utilizados, assim como as ferramentas clusterProfiler e KEGG para análise de enriquecimento funcional dos genes e o animalTFDB para identificação de fatores de transcrição. Neste estudo evidenciamos um conjunto de produtos gênicos anotados que servem como potenciais candidatos a produtos biotecnológicos, por estarem envolvidos nos fenótipos individuais dos tecidos, processos de dimorfismo sexual, e na regulação de processos que podem explicar suas características morfológicas únicas. Esse estudo também podem auxiliar substancialmente na condução de análises posteriores.
Análise filogenética dos genes do Locus rfb do gênero Leptospira dos sorogrupos Sejroe, Mini e Hebdomadis
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-09-29) Setúbal, Ruth Flávia Barros; Souza, Jorge Estefano de Santana; Sakamoto, Tetsu; https://orcid.org/0000-0003-3023-0117; http://lattes.cnpq.br/1342530085695810; https://orcid.org/0000-0003-2347-042X; http://lattes.cnpq.br/8058577659019910; http://lattes.cnpq.br/7173797748516446; Cosate, Maria Raquel Venturim
A leptospirose é uma zoonose de grande impacto na saúde pública, pois é considerada uma doença de notificação compulsória ocorrendo principalmente em regiões tropicais com saneamento básico precário e condição socioeconômica vulnerável. Ela é causada por bactérias do gênero Leptospira e filo Spirochaetes e a contaminação se dá através do contato direto ou indireto com o agente contaminante. Além da classificação taxonômica, que é realizada através do sequenciamento e a análise de alguns genes marcadores, como o 16S rRNA e o secY, elas são habitualmente classificadas com base nas suas características antigênicas em sorogrupos e sorovares. Este tipo de classificação é intensamente aplicado nos estudos epidemiológicos e de desenvolvimento de vacinas. Apesar da sua importância, poucos estudos foram realizados para entender a dinâmica evolutiva do surgimento ou a mudança de sorologia neste gênero. Diante disso, aplicamos neste estudo métodos de filogenia molecular no intuito de entender os processos evolutivos que envolvem a sorologia do gênero. Para isso, sequências de genes que fazem parte do locus rfb de amostras dos sorogrupos Sejroe, Mini e Hebdomadis (34 amostras) foram extraídas e submetidas ao pipeline filogenético, resultando na inferência de 75 árvores de máxima verossimilhança. Analisando as árvores, pode-se verificar que aqueles genes do locus rfb encontrados na maioria das espécies de Leptospira apresentaram uma topologia semelhante ao da árvore de espécies. Já aqueles genes que se encontram na região variável do locus apresentaram árvores com topologias que sugerem a ocorrência de transferência lateral entre as espécies L. borgpetersenii e L. kirschneri e L. interrogans e L. weilli. Nesta análise, não foram encontrados evidências sobre a ocorrência da transferência lateral entre amostras do sorovar Hardjo das espécies L. interrogans e L. borgpetersenii, sugerindo que seus genes já estavam presentes no ancestral comum e que eles passaram por herança vertical. Desta forma, sugere-se também que a ocorrência de transferência horizontal dos genes do locus rfb entre espécies distintas seja menos frequente do que se espera.
Análise genômica de microrganismos degradadores de hidrocarbonetos do petróleo e seu potencial de atuação em hidrocarbonetos prioritários
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-02-28) Silva, Douglas Felipe de Lima; Lima, Lucymara Fassarella Agnez; https://orcid.org/0000-0003-0642-3162; http://lattes.cnpq.br/1083882171718362; http://lattes.cnpq.br/8053019098525102; Dalmolin, Rodrigo Juliani Siqueira; https://orcid.org/0000-0002-1688-6155; http://lattes.cnpq.br/4065178015615979; Vasconcelos, Ana Tereza Ribeiro de
A contaminação de solos e ecossistemas marinhos por hidrocarbonetos que compõem o petróleo, provenientes de vazamentos de grande e pequena escala em toda sua cadeia produtiva, traz grave consequências o meio ambiente. Dentre as estratégias existentes para atenuar os impactos ambientais nas áreas acometidas, a biorremediação por bioaumentação ao utilizar organismos capazes de degradar petróleo se mostra uma alternativa com melhor custo-benefício e que promove maior remoção de compostos quando comparada a métodos físico-químicos. São listados por agências reguladoras ambientais nacionais e internacionais 179 compostos com prioridade para biorremediação devido ao seu potencial toxico e/ou mutagênico. A partir de trabalhos anteriores, os integrantes do grupo de pesquisa do Laboratório de Biologia Molecular e Genômica vem obtendo isolados bacterianos a partir de amostras de ambientes contaminados por petróleo, mantendo um estoque desses isolados que formam um banco de microrganismos preservado pelo laboratório. Os genomas de isolados com perfil promissor para atuar em biorremediação estão sendo sequenciados, visando a identificação taxonômica e de seu e perfil metabólico. Sendo assim, até agora, através do sequenciamento do genoma completo de 22 isolados bacterianos obtidos anteriormente pelo grupo e sequenciamento do gene 16S de 18 isolados obtidos a partir de amostras de petróleo coletadas em praias do Rio Grande do Norte no desenvolvimento deste trabalho, resultaram na identificação de 10 gêneros de bactérias capazes de crescer utilizando petróleo como fonte de carbono. A partir da análise dos dados gerados, por meio da linguagem de programação R, foi possível realizar a comparação com os respectivos genomas de referência, determinando suas relações e particularidades. Foram identificados dentre todos os isolados com genoma completo sequenciado 53 genes que codificam enzimas, presentes em 20 vias de degradação e metabolismo de xenobióticos do KEGG, que participam do processo de degradação de 37 hidrocarbonetos relatados como prioritários, bem como o grau de semelhança do perfil de degradação entre isolados. Através da análise dos resultados in sílico foi proposta a formulação de um consórcio de 4 isolados com potencial de atuar na biorremediação de 34 dos 37 compostos.
Análises de redes modulares de co-expressão gênica revelam vias importantes na doença de Alzheimer e paralisia supranuclear progressiva
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-09-28) Carvalho, Lukas Iohan da Cruz; Costa, Marcos Romualdo; Costa, Marcos Romualdo; 05278916737; http://lattes.cnpq.br/6118493598074445; http://lattes.cnpq.br/6118493598074445; http://lattes.cnpq.br/2797997375475881; Dalmolin, Rodrigo Juliani Siqueira; http://lattes.cnpq.br/4065178015615979; Velho, Tarciso André Ferreira; http://lattes.cnpq.br/8194534389725093; Reis, Ricardo Augusto de Melo; http://lattes.cnpq.br/6046165866539973
As demências, doenças neurodegenerativas onde há perda de funções cognitivas, tiveram sua incidência aumentada nos últimos anos, principalmente por causa do aumento da longevidade na população mundial como um todo. O entendimento do início e progressão dessas patologias pode ajudar na identificação de tratamentos preventivos para essas doenças. Neste trabalho, utilizando dados humanos referentes a duas doenças neurodegenerativas (Alzheimer e Paralisia Supranuclear Progressiva) de duas regiões cerebrais (córtex temporal e cerebelo) e dois modelos animais, 5XFAD de amiloidopatia e TauD35 de taupatia, fizemos uma análise integrativa a nível gene/transcrito aliada a uma análise de co-expressão para identificar similaridades e discrepâncias nos processos biológicos afetados por essas duas doencas. Para que pudéssemos comparar os diferentes dados utilizamos a única variável comum em todos os datasets: a idade da morte. Desse modo dividimos os dados humanos em 3 grupos: A (70-80), B (81-89) e C (90+); e os animais em grupos de 4 meses, 12 meses, 17 meses e 18 meses. Os resultados da análise transcricional mostraram que alterações imunes estão presentes em AD apenas no córtex temporal, e não no cerebelo, e que alteração na transmissão sináptica ocorre tardiamente (grupos B e C), e são encontradas apenas quando utilizamos genes com isoformas alteradas no processo de enriquecimento funcional em conjunto com os genes diferencialmente expressos. Na PSP, todas as alterações encontradas imunes e de transmissão sináptica são encontradas apenas nos dados de córtex temporal; no entanto, todas as alterações são específicas para o grupo A. Nos modelos animais, as alterações em 5XFAD são semelhantes às encontradas em AD, alterações da resposta imune-inflamatória presentes em grupos precoces (4 meses) e sinápticas em um grupo mais tardio (18 meses). Em TauD35, no entanto, as alterações imunes ocorrem apenas no grupo de 17 meses, enquanto as sinápticas foram no grupo de 4 meses. Além desses resultados, observamos que as alterações em isoformas (gDTUS) estão presentes quase que exclusivamente em humanos, e principalmente em AD. Para refinar os nossos resultados, utilizamos uma abordagem de coexpressão e identificamos módulos com expressão e assinaturas gênicas específicas. Em AD os módulos envolvendo sinapses não apresentavam diferenças para o controle, no entanto, os módulos relativos a reposta imune-inflamatória, matriz extracelular e reposta a fator de crescimento estavam com atividade maior nos indivíduos com AD. Na PSP, os módulos com atividade sináptica apresentaram maior atividade em relação ao controle, enquanto aqueles relacionados com resposta imune tiveram uma atividade menor. Para confirmar a identidade genética desses módulos, utilizamos os genes encontrados nos mesmos e observamos que havia correspondência entre os módulos relacionados à resposta imune-inflamatória com células microgliais e sinápticos com neurônios glutamatérgicos. Além desses achados, também encontramos que a resposta imune-inflamatória e associada, em AD, a região analisada, dado os resultados encontrados na análise de outro dataset (MSBB). Por fim, encontramos genes identificados como fatores de risco para AD, como PTK2B, TREM1 e TREM2 nos módulos, além de MOB e SA4D nos módulos identificados na PSP. Em conjunto, esses resultados sugerem que no modelo de amiloidopatia e em AD, alterações na sinalização sináptica formam um feedback positivo com a resposta imune-inflamatória, sendo esta posterior a primeira; enquanto no modelo de taupatia e PSP, os efeitos na inflamação são secundários às alterações sinápticas.
Análises metagenômicas revelam a influência das camadas de profundidade na biodiversidade marinha em regiões tropicais e subtropicais
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-10-28) Santiago, Bianca Cristiane Ferreira; Dalmolin, Rodrigo Juliani Siqueira; https://orcid.org/0000-0002-1688-6155; http://lattes.cnpq.br/4065178015615979; http://lattes.cnpq.br/7545266931352015; Costa, César Renno; Wallau, Gabriel da Luz
Cerca de 71% do ecossistema da superfície terrestre é coberto por oceano, responsável por conter 97% de toda a água da Terra, sendo o plâncton, a sua forma de vida dominante. Microrganismos têm um papel imprescindível na manutenção do sistema do planeta, uma vez que são fontes de energia e nutrientes aos seres vivos, realizam quase metade da produção primária líquida, mantêm o equilíbrio químico na atmosfera e exportam carbono fixado fotossinteticamente para as camadas mais profundas do oceano. A biologia de ecossistemas oceânicos estuda como os fatores bióticos e abióticos determinam as propriedades do ecossistema oceânico. Com o surgimento de estudos em escala global de organismos de mar aberto, muito tem se descoberto sobre a genômica de comunidades microbianas oceânicas. Um dos principais projetos desta categoria atualmente é o Tara Oceans, um projeto multidisciplinar com o objetivo de compreender a diversidade, interações, funções e complexidade fenotípica em escalas taxonômicas e espaciais do plâncton, através de cerca de 35000 amostras com milhões de organismos coletadas em profundidades de até 2000 m em 210 estações ao longo dos oceanos. O principal objetivo deste trabalho foi comparar amostras oceânicas explorando a abundância, diversidade, e função dos microrganismos encontrados em zonas tropicais e subtropicais, com o intuito de entender como esses fatores afetam a biodiversidade dessas espécies. Para isso, foram selecionadas somente amostras de estações de coleta que apresentaram amostras nas três camadas de profundidade (SRF, DCM e MES) simultaneamente. Essa filtragem resultou em 8 estações com um somatório de 76 amostras. Esses dados foram processados através do pipeline MEDUSA, seguindo o fluxo padrão de uma análise de metagenômica: pré-processamento, alinhamento de sequências com um banco de proteínas referência, classificação taxonômica e anotação funcional. Com os resultados obtidos desse processo foi possível comparar abundância e diversidade dessas amostras e anotar e analisar os resultados dessa comparação. Observou-se uma maior diversidade de organismos na camada mais profunda e não ocorreu uma diferença significativa de abundância entre as camadas de profundidade exploradas. Algumas funções biológicas são exclusivas de cada camada de profundidade, indicando suas particularidades e sua diversidade funcional. Não foi observada distinção significativa de abundância, diversidade ou função comparando exclusivamente as amostras de estações de coleta nos diferentes pontos geográficos.
Assinatura transcricional do carcinoma renal de células claras baseada no RNA endógeno competidor
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-08-15) Farias Filho, Epitácio Dantas de; Ferreira, Beatriz Stransky; Terrematte, Patrick César Alves; https://orcid.org/0000-0003-4506-393X; http://lattes.cnpq.br/3142264445097872; https://orcid.org/0000-0002-3865-5411; http://lattes.cnpq.br/4326200607523374; Paschoal, Alexandre Rossi; Dalmolin, Rodrigo Juliani Siqueira; https://orcid.org/0000-0002-1688-6155; http://lattes.cnpq.br/4065178015615979
O carcinoma renal, por ser uma patologia de desenvolvimento silencioso e multifatorial, é caracterizada por apresentar uma alta taxa de pacientes com metástases. Após diversos estudos elucidarem a atividade dos genes codificantes no desenvolvimento metastático do carcinoma renal, novos estudos buscam avaliar a associação de genes não codificantes, como RNA endógeno competidor (ceRNA), ao processo metastático. Desta forma, o objetivo deste estudo é construir uma assinatura transcricional para o carcinoma renal de células claras (ccRCC), associada ao desenvolvimento metastático a partir de uma rede de ceRNA e analisar as prováveis funções biológicas desempenhada pelos participantes da assinatura. Utilizando os dados de ccRCC do The Cancer Genome Atlas (TCGA), construímos nove assinaturas transcricionais a partir de oito técnicas de seleção de características e analisamos a sensibilidade e especificidade da classificação dos modelos de regressão no processo de benchmarking. Consequentemente, foram obtidos os genes da assinatura e foram realizadas análises de alterações somáticas e de número de cópias, análise de risco para sobrevida e progressão metastática, e análises de anotação funcional. Neste estudo apresentamos uma assinatura transcricional de 11 genes, composta por 2 RNAs longos não codificantes, SNHG15 e AF117829.1, 2 miRNAs, hsa-miR-130a-3p e hsa-mir-381-3p, e 7 mRNAs, BTBD11, INSR, HECW2, RFLNB, PTTG1, HMMR, RASD1. A validação utilizando o conjunto de dados externos do International Cancer Genome Consortium (ICGC) possibilitou avaliar a generalização da assinatura, que apresentou uma acurácia de 72% e área abaixo da curva de 81.5%. As análises genômicas identificaram que os participantes da assinatura se localizam em cromossomos com regiões altamente mutadas (G-index > 2). Os genes hsa-miR-130a-3p, AF117829.1 e HECW2 tiveram uma relação significativa entre a expressão e a sobrevida dos pacientes, e os dois últimos possuem relação significativa com o desenvolvimento metastático. Além disso, foi analisada a anotação funcional em vias importantes para o desenvolvimento tumoral, como: PI3K/AKT, TNF, FoxO, regulação da transcrição da RNA polimerase 2, controle celular e entre outras. Por fim, ao analisar as conexões dos genes da assinatura dentro da rede ceRNA em conjunto com estudos da literatura, foi possível obter um panorama das atividades desempenhadas por eles dentro do ccRCC. Sendo assim, esta assinatura transcricional pode identificar genes não codificantes como potenciais biomarcadores a serem utilizados para uma melhor compreensão do carcinoma renal, bem como no desenvolvimento de futuros tratamentos na área clínica.
Autogating em dados de citometria de fluxo utilizando classificadores SVM para identificação de bacterioplâncton
(2018-03-22) Cordeiro, Elionai Moura; Doria Neto, Adrião Duarte; ; ; Santos, Araken de Medeiros; ; Araújo, Daniel Sabino Amorim de; ; Souza, Jorge Estefano Santana de;
Neste trabalho é apresentada a proposta de desenvolvimento de uma metodologia - juntamente com a apresentação dos resultados de sua aplicação - que utiliza uma técnica de aprendizagem de máquina, SVM, para análise automatizada de dados de citometria de fluxo em amostras de ambientes aquáticos, na identificação de bacterioplâncton. As amostras utilizadas na execução desta metodologia foram coletadas em 19 lagos de montanhas de elevada altitude que foram classificados manualmente no Laboratório de Limnologia do Departamento de Oceanografia e Limnologia da UFRN. Previamente, iniciou-se com alguns testes de configuração da função kernel e uma análise quantitativa com base no número médio de acertos na classificação automatizada, na qual percebeu-se que a taxa de erro de predição variou entre 1,86% e 3,35%, em média. Foram realizadas duas etapas de desenvolvimento da metodologia proposta, onde foram criados modelos de predição e realizados uma série de testes com as bases de dados criadas a partir das informações disponíveis. Os resultados obtidos foram expostos a uma série de análises quantitativas e qualitativas, inclusive utilizando PCA para entender a importância de cada variável nos conjuntos de dados das mostras. Para uma avaliação qualitativa da metodologia proposta, foi aplicada uma análise estatística para comparar ambas estratégias de modelos de predição, que tem por base a classificação final apontada pelo algoritmo de Support Vector Machine.
Bases genéticas associadas à classificação sorológica em Leptospira: um estudo de caso do sorogrupo Sejroe
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-11-30) Medeiros, Eliseu Jayro de Souza; Sakamoto, Tetsu; https://orcid.org/0000-0003-3023-0117; http://lattes.cnpq.br/1342530085695810; http://lattes.cnpq.br/8604580112217498; Souza, Jorge Estefano de Santana; Lima, Anna Monteiro Correia; Cosate, Maria Raquel Venturim
A leptospirose é uma zoonose amplamente distribuída, causada por cepas de bactérias patogênicas do gênero Leptospira (Filo Spirochaetes). Seus agentes são comumente classificados com base em suas características antigênicas em sorogrupos e sorovares, que são relevantes para estudos epidemiológicos e desenvolvimento de vacinas. No entanto, os métodos utilizados para isso são considerados trabalhosos e requerem uma infraestrutura especializada. Alguns métodos moleculares foram propostos para acelerar esses procedimentos, mas ainda não podem substituir os testes imunológicos, exigindo assim um maior conhecimento da base genética subjacente à classificação sorológica. Neste trabalho, nos concentramos em elucidar os fatores genéticos determinantes do sorogrupo Sejroe, que é um dos sorogrupos mais prevalentes da pecuária. Para isso realizamos uma análise genômica comparativa utilizando mais de 700 amostras de leptospiras disponíveis no banco de dados públicos. A análise mostrou que os genes que compõem o locus rfb são os principais fatores genéticos associados à classificação sorológica. O locus rfb de amostras do sorogrupo Sejroe tem uma composição de gene conservada que difere da maioria dos outros sorogrupos. Hebdomadis e Mini foram os únicos sorogrupos cujas amostras apresentam locus rfb com composição gênica semelhante aos do sorogrupo Sejroe, corroborando com a similaridade antigênica compartilhada por eles. Finalmente, nós pudemos determinar uma pequena região no locus rfb em que cada um desses três sorogrupos pode ser distinguido por sua composição gênica. Este é o primeiro trabalho que utiliza um extenso repertório de dados genômicos de amostras de leptospira para elucidar as bases moleculares da classificação sorológica e abrir caminho para estratégias mais confiáveis baseadas em métodos moleculares de sorodiagnósticos.
BIO-DIA: ferramenta web para integração de dados e algoritmos
(2019-12-19) Soares, Thiago Dantas; Figuerola, Wilfredo Blanco; Souza, Sandro José de; ; ; ; Signoretti, Alberto; ; Dalmolin, Rodrigo Juliani Siqueira;
A ciência de dados é historicamente um campo complexo, não apenas pela enorme quantidade de dados e sua variedade de formatos, mas também pela necessidade de colaboração entre vários especialistas para recuperar informações valiosas. Nesse contexto, criamos o Bio-DIA, um software on-line para criar um processo de fluxo de trabalho de ciência de dados focado na integração de dados e algoritmos. O Bio-DIA também facilita a reutilização de informações/resultados obtidos em processos anteriores sem a necessidade de habilidades específicas do campo da ciência da computação. O software foi criado com o Angular no front-end, o Django no back-end e o Spark para manipular e processar uma variedade de formatos de big data. O fluxo de trabalho/projeto é especificado através do arquivo XML. O aplicativo Bio-DIA facilita a colaboração entre os usuários, permitindo que grupos de pesquisadores compartilhem dados, scripts e informações.
Caracterização do gene 18S rRNA em parasitos do grupo Apicomplexa: uma abordagem aplicada à seleção de marcadores moleculares
(2018-09-26) Pinheiro, Sthephanie Nassif; Lanza, Daniel Carlos Ferreira; ; ; Scortecci, Katia Castanho; ; Oliveira, Cláudio Bruno Silva de;
O grupo Apicomplexa compreende protozoários causadores de deonças mundialmente distribuídas como malária, toxoplasmose ou distúrbios intestinais oportunistas. Ainda nos dias de hoje, os principais protozoários de importância médica geralmente são identificados por microscopia óptica, o que dificulta a classificação precisa e o diagnóstico dos pacientes principalmente nos casos em que a parasitemia é baixa. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver um método molecular alternativo que possibilite a identificação de ampla variedade de protozoários do grupo Apicomplexa. Foi desenvolvido um sistema de primers para utilização em uma reação de PCR (Polymerase Chain Reaction) em duas etapas (semi-nested PCR). O alvo investigado para o desenho de primers foi o gene 18S rRNA, por ser um alvo amplamente utilizado para screening e identificação de espécies em estudos de biodiversidade. A partir da análise da sequência e caracterização de potencial formação de estruturas secundárias, foram desenhados conjuntos de primers que se anelam em regiões conservadas e flanqueiam regiões variáveis no gene. A eficiência de cada conjunto de primers foi avaliada por PCR in silico. Foi selecionado um conjunto de primers que, quando usado de forma aninhada, pode gerar ~166 amplicons com sequências distintas, que podem ser usados para discriminar gêneros e espécies de Apicomplexa por diferença no tamanho em gel de agarose e por sequenciamento. O método proposto foi validado in vitro e sua eficiência na identificação de algumas espécies de protozoários de interesse médico foi confirmada. Após etapas adicionais de validação, esse método poderá ser utilizado para triagem inicial em casos de suspeita de es e também para determinação de diferentes espécies de parasitos.
Caracterização in silico de orfs variáveis e de regiões regulatórias no genoma do vírus da síndrome da mancha branca (WSSV)
(2018-11-19) Mendes, Cayro de Macêdo; Lanza, Daniel Carlos Ferreira; Lima, João Paulo Matos Santos; ; ; ; Barbosa, Euzebio Guimarães; ; Farias, Sávio Torres de;
O vírus causador da síndrome da mancha branca (WSSV) é um dos maiores problemas enfrentados pela carcinicultura mundial, causando consideráveis danos econômicos. O genoma do WSSV apresenta algumas regiões codificantes que variam entre os diferentes isolados. Essas regiões denominadas wsv129 (ORF75) , wsv178 (ORF94), wsv249 (ORF125), wsv461/464 (ORFs14/15) e wsv477/502 (ORFs23/24) possivelmente estão envolvidas em mecanismos de virulência, mas não foram totalmente caracterizadas funcionalmente até o momento. A caracterização in silico vem sendo empregada como uma alternativa mais acessível para predição e estudo da estrutura de proteínas que não tem a estrutura cristalográfica disponível. Esse trabalho teve como objetivo a caracterização in silico das proteínas putativas codificadas pelas regiões variáveis do genoma do WSSV, no intuito de identificar possíveis funções. As regiões codificantes das ORFs wsv129, wsv178, wsv249 e os clusters formados pelas ORFs wsv461/464 e wsv477/502 foram analisados filogeneticamente, e estruturalmente. As sequências de aminoácidos foram submetidas a buscas por homólogos remotos, motivos, domínios conservados, reconhecimento de fold e predição estruturas secundárias e terciárias. Foi possível modelar estruturas terciárias de domínios proteicos e inferir possíveis funções para as ORFs wsv463a (formina like - regulação de filamentos de actina), wsv477 (interação com RNA - processos pós - transcricionais), wsv479 e wsv497 (XPD like - helicase), wsv 492 (hemaglutinina like - sinalização, docking viral) e wsv249 (domínios ankyrim repeat e RING-H2 - modulação da proteólise dependente de Ubiquitina), além de propor funções estruturais para as ORFs wsv 129 e wsv 178 em decorrência suas características estruturais e carga. Também foi possível detectar assinaturas associadas a sinais de localização nuclear dentro das unidades de repetição das sequências codificadas pelas ORFs wsv129 e wsv178. Além das análises de estrutura proteica foi realizada a prospecção de algumas regiões regulatórias 100 e 200 nt upstream às regiões codificantes e foi possível detectar alguns motivos, incluindo um sítio de ligação de “Zinc-Finger”, sugerindo a interação entre possíveis fatores de transcrição. A partir dos resultados foi proposto um modelo de atuação para cada uma das proteínas estudadas.
Um circuito neural canônico com inibição feedback e feedforward
(2018-03-29) Teixeira, Daniel Garcia; Costa, César Renno; ; ; Dalmolin, Rodrigo Juliani Siqueira; ; Moioli, Renan Cipriano; ; Figuerola, Wilfredo Blanco;
A oscilação gama está presente em diversas áreas do cérebro, como no hipocampo, desempenhando um importante mecanismo para o funcionamento da memória. Encontramos diversos modelos capazes de explicar a geração das oscilações gama e explicam suas duas funcionalidades, agrupamento sincronizado temporalmente das sinapses dos neurônios e a de selecionar quais neurônios devem disparar em cada ciclo deste sincronismo. Funcionalidades estas que imprimem um caráter computacional do processamento neural a este sistema, como a separação de padrões e a formação de assembleias neurais. Porém, a análise destes modelos existentes demonstra ser muito sensível às variações das atividades cerebrais, sendo fortemente afetados por variações nas suas camadas de entrada, de modo a aparentar não possuir uma boa robustez, gerando muita variação de sua frequência de saída, assim como na competitividade entre estes neurônios. Entretanto, ao se considerar uma importante parte do circuito biológico não considerada em trabalhos anteriores, uma rede de inibição alimentada à frente nos possibilitou a criação de um novo modelo. Baseando-nos no modelo de neurônio de Izhikevich, geramos um novo modelo com uma maior estabilidade em sua saída às variações na camada de entrada, bem como um custo computacional reduzido e proximidade do modelo biológico. Em posse deste novo modelo, será possível criar redes neurais com maior capacidade de neurônios, com custo computacional reduzido, além da possibilidade de análise do comportamento individual em cada neurônio do modelo.
Comparação de redes de interação de resíduos (RINs) como uma forma de avaliar a variação conformacional de proteínas
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2020-06-30) Fonseca, Felipe Vieira da; Lima, João Paulo Matos Santos; ; http://lattes.cnpq.br/3289758851760692; ; http://lattes.cnpq.br/6673321910867647; Souza, Gustavo Antônio de; ; http://lattes.cnpq.br/1012629455821774; Cunha, Rodrigo Maranguape Silva da; ; http://lattes.cnpq.br/1918056067943429
Alterações na sequência primária de aminoácidos podem resultar em alterações na estrutura tridimensional de proteínas e perda parcial ou total da sua função. Uma forma de representar as ligações e interações entre todos os aminoácidos de uma proteína é por meio das redes de interação de resíduos (RINs). Nas RINs a estrutura 3D de proteínas são apresentadas na forma de grafos, onde os nós representam os resíduos de aminoácidos e as arestas representam as interações físico-químicas entre os aminoácidos. Nossa hipótese é que a comparação entre RINs de uma mesma proteína em diferentes conformações pode ser utilizada para avaliação dos efeitos de mutações e polimorfismos, assim como para a análise e validação de modelos teóricos. Portanto, o estudo tem por objetivo construir uma ferramenta para comparação de diferentes RINs para uma proteína e utilizar tais dados para pontuar diferenças conformacionais entre proteínas e na validação de modelos gerados por homologia. As RINs foram criadas utilizando o RING 2.0 (Residue Interaction Network Generator). A ferramenta desenvolvida para isso, chamada de CoRINs (Comparator of Residue Interaction Networks), compara todos os nós de RINs geradas a partir de diferentes arquivos de estrutura (PDBs) de uma mesma proteína, levando em consideração a posição, a cadeia e o resíduo, bem como suas interações com os outros aminoácidos. A ferramenta apresenta um gráfico que estima a variação de interações formadas por cada resíduo, que pode ser utilizado com uma estimativa para a variação conformacional daquele sítio proteico, a partir do conjunto de PDBs comparados. Como aplicação para a ferramenta, utilizamos um conjunto de dados com oncogenes e genes supressores de tumor e suas respectivas mutações reportadas. Estas foram mapeadas de acordo com a variação da conectividade de cada resíduo. Os resultados demonstram que mutações associadas aos oncogenes apresentam uma maior tendência de ocorrer em sítios com maior variação na quantidade de interações em seus resíduos. Adicionalmente, a maioria das mutações anotadas como patogênicas e associadas ao câncer nestes genes ocorreu em sítios com maior quantidade de mudanças em interações químicas e físicas. Tais resultados demonstram que a ferramenta CoRINs pode ser útil na identificação das ligações químicas secundárias e interações não-covalentes essenciais à manutenção da estrutura proteica, podendo ser utilizada em estudos evolutivos, como na manutenção da função de proteínas homólogas com alta divergência de sequência primária e também na comparação e validação de modelos estruturais teóricos.
Construção e validação de um modelo prognóstico integrando dados de expressão gênica e metilação de DNA em Meduloblastoma
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-09-14) Michaelsen, Gustavo Lovatto; Sinigaglia, Marialva; http://lattes.cnpq.br/5450809564180533; http://lattes.cnpq.br/5708502662162251; Ferreira, Beatriz Stransky; https://orcid.org/0000-0003-4506-393X; http://lattes.cnpq.br/3142264445097872; Nor, Carolina
O meduloblastoma (MB) é um dos tumores cerebrais pediátricos mais frequentes e estima-se que um terço dos pacientes irão a óbito devido à doença. Visto que a falta de biomarcadores prognósticos precisos é um grande desafio para a melhora clínica desses pacientes, uma vez que parâmetros prognósticos convencionais da doença apresentam correlações limitadas e pouco confiáveis com seu desfecho, o nosso objetivo foi construir uma assinatura gênica e avaliar seu potencial como um novo modelo prognóstico para pacientes com MB. A desregulação da metilação como a hipermetilação de genes supressores tumorais e a hipometilação de oncogenes são cruciais para o processo de tumorigênese e para a manutenção tumoral, inclusive em MB. Neste estudo nós utilizamos seis conjuntos de dados totalizando 1679 amostras, incluindo dados de expressão gênica e metilação de DNA de MB primário, bem como amostras controle de cerebelo saudável. Nós identificamos genes regulados via metilação (MDGs) em MB, genes cuja expressão está correlacionada com sua metilação e que também encontram-se diferencialmente metilados em relação ao tecido saudável. Utilizamos a regressão LASSO, um método estatístico de machine learning supervisionado, aos MDGs tendo como resultado final uma assinatura de dois genes (AG-2) candidatos a biomarcadores prognósticos para o MB (CEMIP e NCBP3). Através de um modelo de escore de risco, confirmamos o impacto na sobrevida global (OS) da AG-2 com a análise de Kaplan-Meier (log-rank p < 0,01). Avaliamos sua robustez e acurácia por meio da área sob a curva ROC prevendo a OS em 1, 3 e 5 anos em múltiplos conjuntos de dados (conjunto de treino: 77,2%, 73,2% e 71,2%, média em três conjuntos de validação: 83,6%, 77,6%, 75,4% em 1, 3 e 5 anos respectivamente). Avaliamos a AG-2 como um biomarcador prognóstico independente com a regressão de Cox multivariada a qual apresentou p-valor < 0,01 em todos os quatro conjuntos de dados avaliados. O modelo de escore de risco da AG-2 regulado via metilação pode efetivamente classificar pacientes com MB em alto e baixo risco, reforçando a importância dessa modificação epigenética nessa doença. Tais genes destacam-se como biomarcadores prognósticos promissores com potencial aplicação no tratamentos de MB.
Descobrindo redes de associação envolvendo miRNAs e lincRNAs humanos através de uma análise de eQTL
(2018-07-19) Lins, Paulo Roberto Branco; Barrera, Júnior; Souza, Sandro José de; ; ; ; Figuerola, Wilfredo Blanco; ; Kurtz, Guilherme Suarez;
Variações no nível de expressão gênica estão entre as principais causas da diversidade fenotípica nos organismos, incluindo o desenvolvimento de patologias e a resposta aos fármacos em humanos. Os RNAs não codificantes (ncRNAs) desempenham um papel importante no complexo mecanismo das redes regulatórias. Embora ainda não completamente compreendidos, dois representantes dos ncRNAs despontam em pesquisas recentes como protagonistas no desenvolvimento de quadros clínicos. São eles os microRNAs (miRNAs) e os RNAs não codificantes intergênicos longos (lincRNAs). Assim, o presente trabalho integrou dados públicos para catalogar o vasto panorama dos efeitos regulatórios dos miRNAs e dos lincRNAs no genoma humano. Através de uma análise de expression Quantitative Trait Loci (eQTL) foram identificadas variações que tivessem efeito putativo na expressão gênica. Redes de associação também foram criadas relacionando os resultados da análise eQTL com tratos de relevância clínica e/ou farmacológica. Por meio dessa, foram reveladas associações que podem continuar despertando o interesse de novos estudos envolvendo o tema. Distúrbios mentais e coronários, além do câncer, foram os tratos com maior evidência nos resultados do estudo.

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