Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/80652
Type: Tese
Title: Explorando o viroma de mosquitos vetores: uma abordagem metagenômica utilizando pequenos RNAs da resposta imune do hospedeiro
Other Titles: Exploring the virome of vector mosquitoes: a metagenomic approach using small RNAs from the host immune response
Authors: João Paulo Pereira de Almeida
First Advisor: João Trindade Marques
First Co-advisor: Eric Roberto Guimarães Rocha Aguiar
First Referee: Francisco Pereira Lobo
Second Referee: Gabriel da Luz Wallau
Third Referee: Helder Takashi Imoto Nakaya
metadata.dc.contributor.referee4: Sávio Torres de Farias
Abstract: Mosquitos são os principais vetores de arbovírus do planeta. O recente emprego das técnicas de sequenciamento de ácidos nucleicos em larga escala associadas a metagenômica permitiram a descoberta de centenas de vírus em mosquitos. A maioria desses vírus são classificados como vírus específicos de insetos, não sendo capazes de infectar hospedeiros vertebrados. Diversos estudos têm mostrado a capacidade desses vírus em afetar a competência vetorial de mosquitos para a transmissão de arbovírus de importância médica. Apesar dos avanços proporcionados pela metagenômica na descoberta de novos vírus em eucariotos, existem três grandes desafios computacionais associados a essa abordagem aplicada em larga: associação de sequências de vírus com genomas segmentados ao mesmo vírus; diferenciação entre sequências virais exógenas e elementos virais endógenos; e a falta de sensibilidade para a detecção de sequências virais altamente divergentes devido a dependência de técnicas baseadas em similaridade de sequências. Nosso grupo propõe uma estratégia metagenômica utilizando pequenos RNAs da resposta imune dos hospedeiros para abordar esses desafios da metagenômica viral. Nesse estudo, analisamos 122 bibliotecas inéditas de pequenos RNAs geradas com amostras de mosquitos vetores de 10 espécies coletados em quatro continentes. Foram identificados 28 vírus, 17 potencialmente novos, pertencentes a mais de 17 famílias virais; e 1726 sequências virais endógenas oriundas de 115 espécies virais pertencentes a 24 famílias virais. Identificamos e caracterizamos um segmento viral não detectado por métodos de similaridade de sequência que pertence a um Narnavírus, sendo esse um exemplo claro da matéria escura da matagenômica viral. Desenvolvemos a ferramenta Small RNA Metavir, um pipeline automatizado para a análises metagenômicas com pequenos RNAs que permite a distinção de sequências virais exógenas de endógenas com classificadores baseados em aprendizado de máquina treinados nesse estudo. Além da precisa detecção de sequências virais, mostramos que nossa estratégia pode detectar RNAs de Wolbachia, um importante endossimbionte que afeta a competência vetorial de mosquitos. Mostramos que a carga de pequenos RNAs de Wolbachia possui uma correlação negativa com a carga de vírus específicos de insetos em mosquitos de Niterói-RJ onde essa bactéria é usada para o controle da transmissão de arbovírus por Aedes aegypti. Nessa tese, foram obtidos resultados e desenvolvidas abordagens de bioinformática que permitem caracterizar de forma precisa o viroma de mosquitos vetores e analisá-lo a luz de componentes biológicos relevantes para a competência vetorial de mosquitos. Os resultados obtidos contribuem para avanços no conhecimento das intrincadas relações entre mosquitos e vírus, algo essencial para a fundamentação de novas estratégias de controle biológico desses vetores de patógenos.
Abstract: Mosquitoes are the primary vectors of arboviruses worldwide. The recent application of high-throughput nucleic acid sequencing techniques coupled with metagenomics has enabled the discovery of hundreds of viruses in mosquitoes. Most of these viruses are classified as insect-specific, incapable of infecting vertebrate hosts. Several studies have demonstrated the ability of these viruses to impact the vector competence of mosquitoes for the transmission of medically important arboviruses. Despite the advances provided by metagenomics in uncovering new viruses in eukaryotes, three major computational challenges are associated with this approach when applied in large-scale: associating viral sequences with segmented genomes of the same virus; distinguishing between exogenous viral sequences and endogenous viral elements; and the lack of sensitivity in detecting highly divergent viral sequences due to the dependence on sequence similarity-based techniques. Our group proposes a metagenomic strategy using small RNAs from host immune responses to address these challenges in viral metagenomics. In this study, we analyzed 122 novel small RNA libraries generated from samples of vector mosquitoes from 10 species collected on four continents. We identified 28 viruses belonging to more than nine viral families and 1726 endogenous viral sequences derived from 115 viral species across 24 viral families. We identified and characterized a viral segment not detected by sequence similarity methods, belonging to a Narnavirus, providing a clear example of the dark matter of viral metagenomics. We developed the Small RNA Metavir tool, an automated pipeline for metagenomic analysis with small RNAs that enables the distinction between exogenous and endogenous viral sequences using machine learning classifiers trained in this study. In addition to the precise detection of viral sequences, we demonstrated that our strategy can detect RNAs from Wolbachia, a crucial endosymbiont that affects the vector competence of mosquitoes. We showed that the load of Wolbachia small RNAs has a negative correlation with the load of insect-specific viruses in mosquitoes from Niterói-RJ, where this bacterium is used for the control of arbovirus transmission by Aedes aegypti. In this thesis, we obtained results and developed bioinformatics approaches that allow for the precise characterization of the virome of vector mosquitoes and its analysis in light of biological components relevant to mosquito vector competence. The results contribute to advancements in understanding the intricate relationships between mosquitoes and viruses, essential for the development of new strategies for the biological control of these pathogen vectors.
Subject: Bioinformática
Metagenômica
MicroRNAs
Culicidae
Arbovirus
Aprendizado de Máquina
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA E IMUNOLOGIA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Bioinformatica
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/80652
Issue Date: 27-Oct-2023
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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