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Type: Tese de Doutorado
Title: Identificação de marcadores moleculares de diagnóstico e virulência em Leishmania por bioinformática
Authors: Gabriela Flavia Rodrigues Luiz
First Advisor: Daniella Castanheira Bartholomeu
Abstract: Após 10 anos da publicação do primeiro genoma completo de uma espécie de Leishmania, os avanços na tecnologia de sequenciamento proporcionaram um grande acúmulo de informações genômicas, transcriptômicas e proteômicas do gênero. A convergência destas informações ômicas aliadas a ferramentas de bioinformática permite auxiliar na identificação de novos marcadores moleculares e determinação de características específicas do parasita. Sendo assim, o foco desse trabalho foi integrar esses dados com os recursos de bioinformática para contribuir em importantes questões biológicas: a identificação de novos biomarcadores para diferenciação das espécies e que contribuem para determinação de virulência. Para tanto, foi desenvolvido uma ferramenta web capaz de rastrear genomas completos a fim de identificar conjuntos de primers táxon-específicos para genotipagem por PCR Multiplex. Esta ferramenta, nomeada TipMT, foi capaz de identificar 19.314 pares de primers utilizando os genomas de diferentes espécies de Leishmania como entrada para o programa. Na validação experimental verificou-se a eficiência dos pares de primers gerados pela ferramenta, capazes de diferenciar três espécies, L. major, L. braziliensis e L. infantum. TipMT oferece uma combinação de características que não está presente em outras aplicações web com a mesma finalidade: aceita múltiplas sequências como entrada, identifica regiões alvo automaticamente, testa a especificidade dos primers e como saída, gera um arquivo texto com as informações gerais dos primers e um gel de eletroforese virtual. Em uma segunda parte do trabalho, foi avaliada a diferença do perfil de expressão de promastigotas com alta e baixa infectividade em L. amazonensis por RNA-seq. Nessa análise de transcriptômica, avaliou-se a expressão gênica de parasitos recém isolados de camundongos experimentalmente infectados e de parasitos que foram mantidos por 30 passagens de cultura in vitro. A avaliação de infectividade das amostras confirmou a diminuição da taxa de infecção após diversas passagens em cultura axênica. O sequenciamento pela plataforma Illumina HiSeq 2000 gerou um total de 27,35 milhões de leituras e esses transcritos foram mapeados no genoma de referência de L. amazonensis com uma percentagem média de 86,57%. Identificou-se 626 genes com expressão diferencial significativa, sendo 66,13% com expressão diminuída após o cultivo in vitro seriado. Após 30 passagens in vitro foi detectada uma diminuição bastante significativa na expressão de genes, já descritos como envolvidos na infectividade, como a metalo-peptidase GP63, a triparedoxina peroxidase e a proteína de heatshock HSP70. A identificação das vias metabólicas mostrou que a perda de infectividade está relacionada a alterações no metabolismo, dados corroborados por estudo anterior utilizando técnicas de proteômica. Considerando esses resultados, a virulência em Leishmania pode estar associada com a eficiência de três processos: a interação parasito-hospedeiro mediada por proteínas de superfície do parasito; resposta ao estresse oxidativo; e metabolismo de aminoácidos e ácidos graxos. Os genes potencialmente associados à virulência de Leishmania apontados por esse estudo são, portanto, candidatos para posteriores estudos funcionais.
Abstract: After 10 years of publication of the first complete genome of Leishmania genus, advances in sequencing technology have provided a large accumulation of genomic, transcriptomic and proteomic data of these taxa. The convergence of these -omics data combined with bioinformatics tools allows the identification of new molecular markers and determination of specific characteristics of the parasite. Thus, the focus of this work was to integrate these data with bioinformatics resources to contribute to a better understanding of important biological aspects of this parasite: identification of new biomarkers for taxa differentiation and associated with virulence. For this purpose, we developed a web tool able to receive complete genomes to identify sets of taxon-specific primers for genotyping by multiplex PCR. This tool, named TipMT, was able to identify 19,314 pairs of primer using the genomic data from distinct Leishmania species as input. The experimental validation verified the efficiency of a set of primers designed by the tool, which were able to differentiate three species: L. major, L. braziliensis and L. infantum. TipMT offers a combination of features that are not present in other available web applications developed for this purpose. TipMT supports multiple sequences as input, identifies target regions automatically, tests the specificity of the primers and generates a text file with general information of the primers and virtual electrophoresis gel as output. In a second part of this work, we evaluated the difference in expression profile of L. amazonensis promastigotes with high and low infectivity by RNA-seq. In this transcriptome study, we compared the expression profile of parasites freshly isolated from experimentally infected mice and parasites that were cultured after 30 in vitro passages. The evaluation of infectivity of the samples confirmed the decrease of infection rate after several passages in axenic culture. Sequencing by Illumina HiSeq 2000 platform generated 27.35 million of reads and these transcripts were mapped to the reference genome of L. amazonensis with an average percentage of 86.57%. We have identified 626 genes with significant differential expression, 66.13% with decreased expression, after serial passages in in vitro culture. After 30 passages in vitro, we have identified a significant decrease in the expression of genes already described as involved in infectivity, as GP63 metallo-peptidase, tryparedoxin peroxidase and heatshock protein HSP70. The identification of metabolic pathways showed that the loss of infectivity is related to changes in metabolism, data corroborated by previous studies using proteomic techniques. Considering these results, the Leishmania virulence could be associated with the efficiency of three processes: parasite-host interaction mediated by parasite surface proteins; response to oxidative stress; and metabolism of amino acids and fatty acids. This study disclosed several other genes that are likely to be associated with Leishmania virulence and are good candidates for further functional studies.
Subject: Leishmaniose
Genomas
Bioinformática
Ferramentas Computação
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A7FH9W
Issue Date: 9-Sep-2015
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