Obtenção de genomas completos de alta qualidade e a influência destes em análises genômicas: uma abordagem para Corynebacterium pseudotuberculosis

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Tese de doutorado

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Ricardo Portela
Pedro M. P. Vidigal
Henrique C. P. Figueiredo
Aristóteles Góes-Neto
Eric R. G. R. Aguiar

Resumo

Corynebacterium pseudotuberculosis pertence ao grupo Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia e Rhodococcus (CMNR). Esta bactéria é urn patógeno de grande relevância, por causar infecção em ruminantes. Entre as doenças causadas por C. pseudotuberculosis, destaca- se a linfadenite caseosa cujas formas de tratamento, irnunoprofilaxia e diagnóstico têm sido insatisfatórias. Deste modo, toma-se necessária a identificação das bases moleculares dessa bactéria para o desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas e profiláticas, tais corno vacinas. Assim, o estudo por genômica comparativa de C. pseudotuberculosis, conduzido pelo nosso grupo de pesquisa, tern sido fundamental para compreender os mecanismos de virulência e patogenicidade desse micro-organismo. Contudo, devido às limitações tecnológicas e à indisponibilidade de ferramentas computacionais avançadas inerentes à época em que diversos isolados de C. pseudotuberculosis foram sequenciados, estes apresentam erros de montagem. Portanto, neste trabalho empregamos o mapa óptico cromossômico, que utiliza enzimas de restrição ao longo de todo o genoma para auxiliar no processo de ordenação dos contigs. Por meio dessa, abordagem foi possível obter dados genômicos de alta qualidade e acurácia para serem utilizados corno referência, possibilitando maior precisão e confiabilidade nas análises ômicas estruturais e funcionais desta espécie. Assim, onze linhagens representantes dos biovares ovis e equi foram sequenciadas e re-sequenciadas pelas plataformas Ion Torrent PGMM e Illurnina Hiseq 2500 cornpaired-end, e submetidas também à técnica do mapa óptico. A ordenação dos contigs corn base nas informações do mapa óptico permitiu detectar erros de montagem e inversões genômicas em seis linhagens. Além disso, foi identificado que o cluster de genes nar, que diferencia os biovares da espécie, não estava presente em quatro linhagens depositadas do biovar equi, além de urn rearranjo cromossômico flanqueado por transposases na C. pseudotuberculosis 162. Esses genomas completos e acurados foram essenciais corno referência para a montagem de 50 genomas de C. pseudotuberculosis biovar ovis. Ao analisar esses genomas foi possível evidenciar a ausência do gene da cutinase like family na linhagem 1002 e em seus respectivos mutantes. Além disso, são descritas variantes nucleotídicas pontuais ainda não relatadas nesta espécie, as quais podem indicar a influência de pressões ambientais no genoma. O presente trabalho foi capaz de contribuir para a qualidade dos genomas e ampliar o conhecimento molecular de C. pseudotuberculosis, atualizando informações sobre o pan- genoma da espécie.

Abstract

Corynebacterium pseudotuberculosis belongs to the CMNR group (Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia, and Rhodococcus). This bacterium has its most significant relevance within veterinarian medicine, the causative agent of infections in ruminants. Among the diseases caused by C. pseudotuberculosis, we can highlight Caseous Lymphadenitis whose treatment methods are unsatisfactory. Therefore, it is necessary to identify the molecular bases of this pathogen for the development of new therapeutic and prophylactic approaches, such as vaccines. Thus, the comparative study genomics of C. pseudotuberculosis by our research group has been essential for understanding their mechanisms of virulence and pathogenicity. However, because of the old technology limitations and the unavailability of advanced computational methods at the time when several isolates were sequenced, incomplete genomes have been generated. Therefore, in this work, we use the chromosomal optical mapping, which uses restriction enzymes throughout the entire genome to assist in contigs scaffolding. Through this approach, aimed to generate high-quality genomic data, as reference sequences to provide greater precision and reliability for molecular structural and functional analysis of this species. So, 11 strains representing the biovar ovis and equi were sequenced in Ion Torrent PGMTM and re-sequenced in Illumina Hiseq 2500 platforms using paired-end library, and after submitting to the optical map technique. The scaffolding process of the contigs by the optical map information allowed to detect assembly errors and genomic inversions in six strains. Our results revealed that the nar cluster, which determinate the biovar type, was not present in 4 previously deposited strains. It was possible to identify a real chromosomal rearrangement flanked by transposases in C. pseudotuberculosis 162. These complete and accurate genomes were essential for the assembly of 50 genomes of C. pseudotuberculosis biovar ovis. When analyzing these genomes, it was possible to evidence the absence of the ~"cutinase like family gene" was revealed in C. pseudotuberculosis 1002 and 6 more mutant genome strains. Also, point nucleotide variants previously unreported in this species are described, which may show the influence of environmental pressures on the genome. The present work could contribute to the quality of the genomes and expand the molecular knowledge of C. pseudotuberculosis, updating information about the pan-genome of the species.

Assunto

Bioinformática, Corynebacterium pseudotuberculosis, Sequenciamento de Nucleotídeos em Larga Escala, Genômica

Palavras-chave

Corynebacterium pseudotuberculosis, ion torrent, illumina hiseq, mapa óptico., rearranjo cromossômico, genômica comparativa.

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