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http://hdl.handle.net/1843/45544
Type: | Dissertação |
Title: | Estudo da diversidade genética da Escherichia coli BH100 via genômica estrutural e comparativa |
Authors: | Gustavo Santos de Oliveira |
First Advisor: | Vasco Ariston de Carvalho Azevedo |
First Co-advisor: | Edmar Chartone de Souza |
metadata.dc.contributor.advisor-co2: | Andrea Maria Amaral Nascimento |
First Referee: | Gloria Regina Franco |
Second Referee: | Francisco Pereira Lobo |
Third Referee: | Anderson Miyoshi |
Abstract: | A presença de variabilidade genética na natureza é a grande força motriz de processos evolutivos. Em procariotos, diversos mecanismos foram desenvolvidos de modo a incrementar essa variabilidade e, com isso, conquistar os mais diversos nichos ecológicos. Em um contexto clínico, maior atenção é dada à capacidade desses microrganismos em colonizar tecidos humanos e, causar doenças. Dentre as mais diversas infecções bacterianas existentes, destaca-se a infecção do trato urinário (ITU), tendo na Escherichia coli o seu principal agente etiológico. O estudo, cada vez mais detalhado, dos mecanismos associados à geração de variabilidade e desenvolvimento de patogênese, somente foi possível graças aos adventos da Biologia molecular e, mais recentemente, do campo da Bioinformática. Neste trabalho, objetivou-se aplicar ferramentas e desenvolver scripts de bioinformática, com o propósito de montar, anotar e caracterizar o genoma da E. coli BH100, isolada em 1973, em Belo Horizonte, da urina de uma paciente com suspeita de ITU. Essa bactéria apresenta resistência aos antibióti cos ampicilina, tetraciclina, canamicina, cloranfenicol e, a baixas concentrações de estreptomicina, e ao íon mercúrio, codificadas por um plasmídeo mobilizável e outro autoconjugativo. A partir do uso das tecnologias de sequenciamento de nova geração foram montados os genomas de variantes da E. coli BH100, obtidos a partir da cura desses plasmídeos, de modo a observar potenciais efeitos na geração de variabilidade provocada por esses elementos. A montagem do genoma completo revelou a presença de um cromossomo de aproximadamente 5,2 Mb, do plasmídeo menor, mobilizável, contendo aproximadamente 15 kb e do maior plasmídeo, autoconjugativo, contendo aproximadamente 107 kb. A constatação de um número relativamente elevado de sequências de inserção (IS), da família dos IS3, dispostos em posições distintas nos cromossomos das bactérias analisadas, mostrou-se como um dos principais agentes de geração de variabilidade. As análises comparativas indicaram que a E. coli BH100 talvez seja uma autêntica uropatogênica (UPEC), causadora de pielonefrite. A anotação funcional revelou a presença de todos os marcadores de resistência, previamente observados, em transposons. Dentre esses elementos destaca-se a presença do Tn21, idêntico ao encontrado no plasmídeo NR1, e um potencial novo transposon, carreador do gene de resistência à canamicina, flanqueado por IS5. Por fim, propôs-se neste trabalho um mecanismo capaz de explicar o surgimento de variantes com resistência instável à estreptomicina, provocado por um número variável de cópias do gene aadA1, presente no Tn21. |
Abstract: | Genetic variability can be seen as the driving force to evolution. In prokaryotes, many mechanisms emerged such as microorganisms could enhance variability, allowing their spread throughout different ecological niches. In a clinical context, major attention is given to the capacity of some microorganisms in colonize human tissues and developing diseases. From many different bacterial infections currently known, the urinary tract infection (UTI), which is caused mainly by Escherichia coli, can be highlighted as a major concern for public health. The comprehension of mechanisms associated with the emergency of variability and pathogenicity only was possible thanks to the advancements of Molecular Biology and more recently to Bioinformatics. In the present work, we aimed to use and develop bioinformatic tools in order to assembly, annotate and fully characterize the complete genome of E. coli BH100, which was isolated in 1973 in Belo Horizonte, Brazil, from urine of a patient suffer ing from UTI. This strain is resistant to ampicillin, tetracycline, kanamycin, chloramphenicol, inorganic mercury and in some cases to streptomycin. This multiresistance is due the presence of a mobilizable plasmid carrying a β-lactamase gene (bla) and a self-transmissible R plasmid carrying the genetic resistance marks of all other elements. Thanks to the use of Next Genera tion Sequencing (NGS) we were able to assemble the genome of this strain as well as other variants built from curation of the original plasmids, such as we could interrogate the effects of these elements to the emergence of variability. The complete genome of E. coli BH100 resulted in a chromosome of ~ 5.2 Mb, the smaller mobilizable plasmid of ~15 kb, and a self transmissible plasmid of ~107 kb. This strain has shown a considerable number of insertion sequences from the family IS3 spread differently along the chromosome of BH100 and its variants. The comparative analysis indicate that this strain might be an authentic uropathogen ic E. coli (UPEC) causing pyelonephritis. The functional annotation confirmed the presence of all resistance marks in transposons (Tn). Special attention was given to the presence of Tn21, identical to the one found in plasmid NR1, and to a potential new transposon carrying a gene for kanamycin resistance flanked by IS5 elements. In the end, we propose a new mecha nism capable to explain the emergence of unstable and diversified resistance to streptomycin within the population of E. coli BH100. In this model, we suggest streptomycin resistance shows up due an increase in the copy number of the gene aadA1 present in Tn21 |
Subject: | Bioinformática Genoma Microbiano Escherichia coli Uropatogênica Fatores R |
language: | por |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Publisher Initials: | UFMG |
metadata.dc.publisher.department: | ICB - INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLOGICAS |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Bioinformatica |
Rights: | Acesso Aberto |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/45544 |
Issue Date: | 9-May-2018 |
Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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