Análises comparativas e funcionais de duas linhagens de Bacillus paralicheniformis isoladas do solo da Bahia revelam homogeneidade da espécie e metabólitos bioativos de potencial biotecnológico
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Aristóteles Góes Neto
Luis Gustavo Carvalho Pacheco
Luid Cláudio Lima de Jesus
Luis Gustavo Carvalho Pacheco
Luid Cláudio Lima de Jesus
Resumo
O gênero Bacillus é um grupo de bactérias amplamente estudadas, e abriga espécies que
impactam diversas indústrias. Muitas espécies do grupo Bacillus são estudadas pelo potencial
biotecnológico e industrial, envolvendo a produção de metabólitos secundários, o uso como
agentes de biocontrole em plantas, reduzindo potencialmente a utilização de agrotóxicos
químicos convencionais, além da associação à dieta de animais de consumo, como galinhas,
porcos e bois. Entretanto, devido a divergências entre técnicas de identificação taxonômica
como o MALDI-TOF, e outras mais recentes e precisas, como o Next-Generation Sequencing
(NGS), têm sido observadas incongruências na distinção de espécies de Bacillus, atribuídas ao
alto nível de semelhança entre os organismos do grupo, principalmente no caso de espécies
recentes e pouco estudadas, como B. paralicheniformis. A recente descrição do grupo, em
2015, reflete a escassez de estudos de filogenômicos e comparativos que analisem a espécie
isoladamente e contribuam para o entendimento do seu comportamento genético. Nesse
contexto, este estudo buscou identificar e caracterizar, a partir do NGS, os isolados BAC30 e
BAC220, sendo ambos identificados como B. paralicheniformis e incluídos em análises
comparativas e filogenômicas com outras 28 linhagens da espécie, a fim de analisar o
repertório genético do grupo. Em seguida, foi feita a anotação funcional dos isolados BAC30
e BAC220, com foco no potencial biotecnológico da espécie. Os resultados demonstraram
que a identificação dos isolados evidencia a relevância da técnica como padrão ouro na
identificação taxonômica. Apesar da grande semelhança entre as linhagens de B.
paralicheniformis, as mesmas mostram um pangenoma aberto, com alta proporção de genes
acessórios em contraste com genes centrais, evidenciando a ubiquidade da espécie, com
propensão à aquisição de novos genes que favoreçam a sobrevivência em diversos nichos e
contribuam para a simbiose com outros organismos. As análises funcionais dos isolados
revelaram poucos genes de resistência, produção de metabólitos relevantes, como bacitracina,
riboflavina e heme, além de genes relacionados com a fixação de nitrogênio em plantas.
Mesmo que sejam necessárias análises in vitro para comprovar a expressão gênica, os isolados
mostram potencial de aplicação no contexto biotecnológico, seja na produção isolada desses
metabólitos e/ou atuando como bactéria de biocontrole em modelos in vivo, principalmente
com plantas, mas também com animais de consumo e humanos.
Abstract
The genus Bacillus encompasses a widely studied group of bacteria, harboring species that
significantly impact various industries. Many species are analyzed for their biotechnological
and industrial potential, including the production of secondary metabolites, their use as
biocontrol agents in plants, potentially reducing conventional chemical pesticide use, and their
association with the diets of livestock like chickens, pigs, and cattle. However, due to
divergences between taxonomic identification techniques such as MALDI-TOF and more
recent, precise methods like Next-Generation Sequencing (NGS), inconsistencies in Bacillus
species distinction have been observed. This is attributed to the high degree of similarity
among organisms within the group, especially for recently described and less-studied species
such as B. paralicheniformis. The group's recent description in 2015 highlights the scarcity of
phylogenomic and comparative studies that analyze this species in isolation and contribute to
understanding its genetic behavior. In this context, the present study aimed to identify and
characterize isolates BAC30 and BAC220 using NGS, which were both confirmed as B.
paralicheniformis and included in comparative and phylogenomic analyses with 28 other
strains of the species to examine the group's genetic repertoire. Subsequently, functional
annotation of BAC30 and BAC220 was performed, focusing on the species' biotechnological
potential. Results showed that the isolates' identification highlights the relevance of NGS as
the gold standard for taxonomic identification. Despite the high similarity among B.
paralicheniformis strains, they exhibit an open pangenome with a high proportion of
accessory genes, contrasting with core genes. This indicates the species' ubiquity and its
propensity for acquiring new genes that favor survival in diverse niches and contribute to
symbiosis with other organisms. Functional analyses of the isolates revealed few resistance
genes, and demonstrated the production of relevant metabolites like bacitracin, riboflavin, and
heme, along with genes related to nitrogen fixation in plants. Although in vitro analyses are
necessary to confirm gene expression, these isolates show potential for biotechnological
application, either in the isolated production of these metabolites and/or by acting as
biocontrol bacteria in in vivo models, primarily with plants, but also with livestock and
humans.
Assunto
Bioinformática, Bacillus licheniformis, Genômica, Biotecnologia
Palavras-chave
Bioinformática