Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/31702
Type: Tese
Title: Insights into the diversity, adaptation and virulence of fish-patogenic Streptococcus agalactiae strains through transcriptomic and proteomic analysis
Authors: Guilherme Campos Tavares
First Advisor: Henrique César Pereira Figueiredo
First Co-advisor: Carlos Augusto Gomes Leal
metadata.dc.contributor.advisor-co2: Francisco Carlos Faria Lobato
First Referee: Vasco Ariston de Carvalho Azevedo
Second Referee: Elaine Maria Seles Dorneles
Third Referee: Fabiana Pilarski
metadata.dc.contributor.referee4: Cristiana Perdigão Rezende
Abstract: A infecção por Streptococcus agalactiae (GBS) é uma das principais doenças detectadas na piscicultura mundial. Essa bactéria é o principal patógeno de tilápias, uma commodity global do setor aquícola, causando surtos de septicemia e meningoencefalite. Os isolados brasileiros de GBS oriundos de peixes possuem diferentes genótipos quando avaliados pela técnica de MLST, predominando os ST-260, ST-927 e as linhagens não tipáveis. Considerando o relacionamento evolutivo entre esses genótipos e por eles representarem as principais linhagens que infectam peixes no país, se torna necessário entender as características de metabolismo, adaptação e patogenicidade destes grupos genéticos e o seu relacionamento com o hospedeiro aquático. Para avaliar a expressão de transcritos e proteínas dos isolados de GBS, dois experimentos foram conduzidos. O primeiro experimento avaliou o pan-proteoma destes mesmos genótipos, comparou a expressão diferencial de proteínas entre os isolados obtidos de peixes e ser humano usando LC-UDMSE e identificou in silico proteínas antigênicas conservadas que poderiam ser usadas como possíveis alvos para a produção de vacinas. Enquanto que o segundo experimento objetivou avaliar o transcriptoma e o proteoma de uma linhagem de GBS obtido de peixe no Brasil, sendo o experimento conduzido em diferentes temperaturas de cultivo e analisados usando as técnicas de microarranjos e cromatografia líquida associada com espectrometria de massa (LCHDMSE). No primeiro experimento, um total de 1065 proteínas corresponderam ao pan-proteoma dos isolados de GBS oriundos de peixes, sendo 989 identificadas em todos os isolados simultaneamente (core proteoma), 62 compartilhadas em pelo menos 2 isolados (proteoma acessório) e 14 exclusivamente expressas entre cada amostra. O alto grau de conservação de proteínas entre os isolados avaliados com diferentes STs sugerem que utilização de vacinas monovalentes podem ser efetivas contra as diferentes variantes genéticas circulantes no país. Nós observamos que as proteínas identificadas no pan-proteoma refletem na habilidade adaptativa dos isolados de peixes em responder aos fatores estressantes impostos pelo ambiente aquático e que permitem a sobrevivência e multiplicação bacteriana em peixes. Um total de 215 e 269 proteínas foram up- e down-reguladas, respectivamente, em isolados obtidos de peixes em comparação ao isolado de ser humano. Por fim, independente da similaridade do conteúdo de proteínas, a expressão global de proteínas entre os isolados de GBS obtidos de peixes e ser humano foram diferentes, sugerindo uma distinta adaptação em mamíferos e hospedeiros aquáticos na regulação do proteoma. No segundo experimento, a análise de transcriptoma detectou um total de 107 genes diferencialmente expressos no isolado SA53 a 32 ºC quando comparado com 22 ºC. Enquanto que na análise de proteoma foram detectadas 81 proteínas diferencialmente expressas. Os resultados demonstraram que a temperatura é capaz de regular a expressão diferencial de genes e proteínas, principalmente daquelas envolvidas com a expressão de fatores de virulência, metabolismo, adaptação e resistência ao estresse térmico. Em conjunto os dois experimentos providenciaram novos conhecimentos sobre diversidade, adaptação e virulência de isolados patogênicos de GBS obtidos de peixes através das análises de transcriptoma e proteoma.
Abstract: Streptococcus agalactiae (GBS) infection is one the main diseases diagnosed in worldwide fish farming. This bacterium is a major pathogen for the Nile tilapia, a global commodity of the aquaculture sector, causing outbreaks of septicemia and meningoencephalitis. The Brazilian GBS fish strains have distinct known genotypes, when evaluated by the MLST technique, predominantly the ST-260, ST-927 and the non-typeable lineage. Considering the evolutionary relationship between these genotypes and for representing the major lineages that infects fish in Brazil, it becomes necessary to understand the specific characteristics of metabolism, adaptation and pathogenicity of these genetic groups as well as their relationships with the aquatic host. In order to evaluate the transcript and protein expression on GBS strains, two experiment trials were performed. The first trial evaluated the pan-proteome of these same genotypes, compared the differential expression of proteins identified between isolates from fish and human using a LCUDMSE, and identified in silico conserved antigenic proteins that can be used as target in vaccine design. The second trial aimed to evaluate the transcriptome and proteome of a Brazilian fishadapted GBS strain, being cultured in vitro under different temperatures and analyzed using microarray and liquid chromatography-mass spectrometry label-free shotgun (LC-HDMSE) approaches. In the first trial, a total of 1,065 protein clusters corresponded to pan-proteome of GBS fish strains, being 989 identified in all GBS fish strains (core proteome), 62 shared by at least two strains (accessory proteome) and 14 were exclusively expressed to each strain. The high degree of conservation among strains with different STs suggests that monovalent vaccines may be effective against different genetic variants. We also observed that the identified proteins in pan-proteome reflect the adaptive ability of the GBS fish strains in the response to stress factors imposed by the aquatic environment allowing the bacterial survival and multiplication in the fish host. A total of 215 and 269 proteins from GBS fish strains were up- and down-regulated, respectively, in comparison to human isolate. Regardless of the similarities in protein content, the global protein expression of the GBS human strain was different from the GBS fish strains suggesting distinct adaptations to mammal and fish host at the proteome level. In the second trial, the transcriptomic analysis detected 107 genes as being differentially expressed in SA53 at 32 ºC when compared with 22 ºC. While in proteomic analysis were detected 81 differentially expressed proteins. The results demonstrated that the temperature regulates the differential expression of genes and proteins, mainly those involved with the expression of virulence factors, metabolism, adaptation and bacterial resistance to thermal stress. Together, the two experiments provided news insights into the diversity, adaptation and virulence of fish-pathogenic GBS strains through transcriptomic and proteomic analysis.
Subject: Ciência Animal
language: eng
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: VET - DEPARTAMENTO DE ZOOTECNIA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ciência Animal
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/31702
Issue Date: 31-Jan-2018
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