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Type: Tese de Doutorado
Title: Genômica comparativa de leveduras probióticasi: Saccharomyces cerevisiae UFMG A-905 e cepas de Saccharomyces boulardii
Authors: Thiago Mafra Batista
First Advisor: Gloria Regina Franco
Abstract: Probióticos são microrganismos vivos presentes em alimentos e suplementos que, quando ingeridos em quantidades suficientes, podem conferir benefícios à saúde do hospedeiro. Isolada por Henri Boulard em 1920 durante um surto de cólera na Indochina (atual Vietnã), a levedura Saccharomyces cerevisiae var. boulardii é uma levedura não patogênica, termotolerante, e o único microrganismo eucarioto comercializado como probiótico no mundo todo para o tratamento de distúrbios gastrointestinais em humanos. A levedura Saccharomyces cerevisiae UFMG A-905 foi isolada a partir de uma coleção de S. cerevisiae que foram testadas in vitro simulando condições gastrointestinais e in vivo, pela capacidade de colonizar o trato gastrointestinal de ratos sem causar patologia. Posteriormente foi demonstrado o seu efeito protetor em animais gnotobióticos desafiados com Salmonella typhimurium, Escherichia coli e Clostridium difficile, caracterizando pela primeira vez, um potencial produto probiótico de origem brasileira. Neste estudo, apresentamos e comparamos a sequência do genoma da cepa S. cerevisiae UFMG A-905 e de três cepas de S. boulardii. Ambas as cepas possuem genoma com tamanho característico de S. cerevisiae, entre 11.4Mb e 11.6Mb, com média de 5.350 genes codificadores de proteínas preditos. A quantidade de termos de ontologia, domínios proteicos e contagem de Enzime Code foi semelhante entre as cepas probióticas, embora apenas a cepa Sb_ATCC MYA-796 tenha apresentado evidência de enriquecimento da categoria funcional Protein Binding, quando comparada à cepa não-probiótica S288c. As relações filogenéticas inferidas a partir do alinhamento de 415 proteínas ortólogas e construção de uma mega-árvore pelo método Neighbor-Joining foi capaz de evidenciar três grandes clados, formados por cepas de importância industrial, cepas laboratoriais e cepas fermentadoras alcoólicas, onde estão agrupadas, em um ramo monofilético, as cepas probióticas. As análises de SNVs sugerem uma conservação em nível de variação de nucleotídeos nos genomas probióticos, apresentando média de 51.943 variantes em cada genoma, com média de uma variante a cada 230 bases, e 70% de impactos causados por estas variantes em comum nos quatro genomas. Foram encontrados 20 genes exclusivos às cepas probióticas e ausentes na cepa não-probiótica S288c, a maioria codificando para proteínas com função desconhecida. Foram encontrados 803 genes de S288c ausentes nas cepas probióticas, sendo 706 em comum às quatro cepas, codificando em sua maioria para proteínas relacionados à atividade de transposição e retroelementos. A ausência de genes codificadores de proteínas relacionadas ao influxo de íons e prótons, bem como proteínas de choque térmico e chaperonas, sugere um envolvimento indireto destes na resistência celular ao estresse ácido
Abstract: Probiotics are living microorganisms present in food and supplements that when ingested in sufficient amounts can confer health benefits. The yeast Saccharomyces cerevisiae var. boulardii was isolated by Henri Boulard in 1920 during a cholera outbreak in Indochina (current Vietnam). S. boulardii is non-pathogenic, thermotolerand and the only eukaryotic microorganism commercialized worldwide as a probiotic for the treatment of human gastrointestinal disorders. The yeast Saccharomyces cerevisiae UFMG A-905 was isolated from a collection of S. cerevisiae that was tested in vitro using simulated gastrointestinal conditions. It has also been tested in vivo for its ability to colonize mice gastrointestinal tract without causing any pathology. Recently, its prottective effect was demonstrated over gnotobiotic animals challenged with Salmonella typhimurium, Escherichia coli and Clostridium difficile, thus characterizing the first potential probiotic product of a Brazilian origin. In this study, we present the genome sequence of UFMG A-905 and three S. boulardii strains. All strains have characteristic S. cerevisiae genome sizes between 11.4Mb and 11.6Mb and on average 5,350 predicted protein-coding genes. The number of gene ontology terms, protein domains and Enzyme Code counts were similar between the probiotic strains, although only the Sb_ATCC MYA-796 strain has substantial evidence of enrichment of the functional category Protein Binding, when compared to the non-probiotic S288c strain. The phylogenetic relationships inferred from the alignment of 415 orthologous proteins and construction of a mega-tree by the Neighbor-Joining method revealed the clustering of three major clades, composed by strains of industrial importance, laboratory strains and alcoholic fermentation strains, which were grouped in a monophyletic branch of probiotic strains. Analyses of SNVs suggest a conservation of variants in probiotic genomes, with an average of 51,943 variants per genome (one variant every 230 bases) and 70% of the predicted impacts of these variants are shared among all four genomes. Twenty unique genes were found to be present in probiotic strains and absent in the non-probiotic strain S288c, most of these coding for proteins with unknown function. We found 803 S288c genes that were absent in the probiotic strains, being 706 common to all four strains, coding mostly for protein related to transposition activity and retrotransposons. The absence of genes related to the influx of protons and ions, as well as heat shock proteins and chaperones, suggests an indirect involvement in the cell resistance to acid stress
Subject: Genômica
Saccharomyces boulardii
Probióticos
Bioinformática
Saccharomyces cerevisiae
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-B8GJJQ
Issue Date: 27-Feb-2015
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