Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/34308
Type: Tese
Title: Pan-genomics allied to reverse vaccinology and drug target Identification for the Syphilis causative agent Treponema Pallidum: a multi-pronged approach towards vaccine and Drug targets
Other Titles: Pan-genomics allied to reverse vaccinology and drug target Identification for the Syphilis causative agent Treponema Pallidum: a multi-pronged approach towards vaccine and Drug targets
Authors: Arun Kumar Jaiswal
First Advisor: Siomar de Castro Soares.
First Co-advisor: Vasco Ariston de Carvalho Azevedo
metadata.dc.contributor.advisor-co2: Sandeep Tiwari
First Referee: Aristóteles Góes Neto
Second Referee: José Miguel Ortega
Third Referee: Luís Carlos Guimarães
metadata.dc.contributor.referee4: Raghuvir Krishnaswamy Arni
Abstract: A sífilis é causada pela bactéria Treponema pallidum subespécie pallidum, uma espiroqueta Gram negativa, e é causada uma das Infecções Sexualmente Transmissíveis (IST) humanas mais prevalentes e sistêmicas. Em geral, esta doença é desenvolvida através do contato sexual (venéreo), especialmente em homens em relações sexuais com outros homens (MSM) e em alguns casos o recém-nascido pode contrair a doença da mãe através da transmissão transplacentária (sífilis congênita). Algumas espécies de Treponema pallidum são responsáveis pela sífilis sem contato sexual (não venérea), como a subespécie endemicum responsável por causar bejel e a subespécie pertenue responsável por causar bouba. Este patógenos são relativamente similares entre eles e eles podem ser distinguidos morfologicamente e sorologicamente. Todos os anos, a distribuição global reportada de sífilis está crescendo em torno de seis milhões de novos casos em indivíduos de 15 a 49 anos em todo o mundo. Mais de 300.000 mortes fetais e de recém-nascidos estão associadas a sífilis, com 215.000 bebês em alto risco de morte nos estágios iniciais do nascimento. A despeito do esforço realizado nos países desenvolvidos para a eliminação da sífilis, a diminuição dos investimentos em saúde pública e programas de controle das ISTs têm sobrepujado os esforços anteriores de controle e exclusão. Além disso, em países desenvolvidos como os Estados Unidos, a China e a Europa Ocidental, a sífilis tem sido reportada em populações específicas nas quais as relações entre homens estão crescendo. Em países em desenvolvimento ou subdesenvolvidos, a sífilis continua prevalente. A prevalência da sífilis combinada com a falta de alvos de vacina efetivos e o aparecimento de linhagens-resistentes a antibióticos enfatizam a necessidade de desenvolvimento de novas estratégias. Neste estudo, nós focamos em estudos de genômica comparativa, pangenoma, genômica subtrativa e vacinologia reversa para a identificação de alvos de drogas e identificação de alvos de vacinas. Nos estudos de pangenoma, nós utilizamos 53 linhagens de Treponema pallidum para identificar o genoma pan, genoma central e os genes únicos a nível de subespécie para revelar as diferenças de pastificade genômica entre a sífilis venérea (Subsp. pallidum) e não-venérea (Subsp. endemicum and Subsp. pertenue), o qual pode esclarecer a relação próxima entre as linhagens de Treponema pallidum. Nós também utilizamos vacinologia reversa, genômica subtrativa e docking molecular para a identificação de drogas alvos de vacina. Nas abordagens de genômica subtrativa e na vacinologia reversa nós comparamos 13 linhagens de Treponema pallidum em cada uma. Nós identificamos 837 genes no genoma central e, considerando o humano como hospedeiro, nós identificamos 567 proteínas conservadas não homólogas ao hospedeiro. Além disso, usando genômica subtrativa e vacinologia reversa, 15 proteínas antigênicas e seis alvos para drogas essenciais para a bactéria foram identificados. Os alvos para drogas identificados foram sujeitos à screening virtual utilizando uma biblioteca de 28 compostos naturais. As moléculas de drogas propostas que mostraram interações favoráveis, baixa energia e alta complementaridade também foram reportadas no presente estudo. Nossa abordagem provê uma seleção rápida e eficiente de proteínas putativas de Treponema pallidum para o desenvolvimento de um amplo espectro de novos alvos e vacinas, as quais podem ser utilizadas como candidatas para alvos terapêuticos contra a sífilis.
Abstract: Syphilis is caused by the Gram negative spirochete Treponema pallidum subspecies pallidum and is considered as one of the most imperious and systemic human Sexually Transmitted Infection (STIs). In general, this disease is developed by sexual contact (venereal) especially men (men having sexual relationship with men, MSM) and in some cases a new born may get it from effected mother (congenital syphilis) by transplacental transmission. There are some subspecies of Treponema pallidum that are responsible for syphilis without sexual contact (non-venereal), such as, T. pallidum subspecies endemicum responsible for bejel and T. pallidum subspecies. pertenue responsible for yaws. These pathogens are quite similar to each other and they cannot be distinguished serologically and morphologically. Every year, the global distribution of syphilis is increasing, reportedly, about six million new cases of syphilis arises around the globe in individuals aged 15 to 49 years. More than 300,000 fetal and newborn deaths are associated to syphilis, with 215,000 further infants placed at high risk of death at early stage of birth. Despite the effort made in developed countries for the elimination of syphilis, the decrease in investment towards public health and STIs control program has over shadowed previous exclusion and control efforts. Furthermore, in developed countries like USA, China and Western Europe, syphilis has been reported in key populations where men are developing sexual relationship with men. In developing or poor countries, syphilis has remained prevalent. The current worldwide prevalence of syphilis combined with the lack of effective vaccine targets and the appearing of antibiotic-resistant strains emphasizes the need for the development of new strategies. In this study, we focused on the comparative genomics studies, Pan-genome, subtractive genomics and reverse vaccinology analysis for the drug and vaccine target identification. In the pan-genomic study, we used 53 strains of Treponema pallidum to identify the pan-genome, core genome, and singletons based on subspecies level to reveal the differences in genome plasticity between venereal (Subsp. pallidum) and non-venereal (Subsp. endemicum and Subsp. pertenue) syphilis, which can disclose the close connection among all strains of Treponema pallidum. We also used reverse vaccinology, subtractive genomics and molecular docking analysis for the drug and vaccine target identification. In subtractive genomics and reverse vaccinology approaches, we compared 13 strains of Treponema pallidum for analysis. We identified 837 core genes and, considering human as host, we identified 567 conserved non-host homologous proteins. Further, using subtractive genomics and reverse vaccinology, 15 putative antigenic proteins, and 6 drug targets were identified which were essential for the bacteria. Identified drug targets were subjected to virtual screening using 28 Natural compounds library. The proposed drug molecules showing favorable interactions, lower energy and high complementarity with predicted targets have also been reported in the present study. Our proposed approach expedites the rapid and efficient selection of Treponema pallidum putative proteins for developing a broad spectrum of novel drugs and vaccines, which can be used as candidate therapeutic targets in the future against syphilis disease.
Subject: Biologia computacional
Treponema pallidum
Sífilis
Genômica
Vacinologia
language: eng
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
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/34308
Issue Date: 10-Feb-2020
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