Bioprospecção de bacteriófagos para o combate a bactérias resistentes a antibióticos a partir de dados metagenômicos
| dc.creator | Carlos Willian Dias Dantas | |
| dc.date.accessioned | 2026-03-13T17:13:22Z | |
| dc.date.issued | 2025-10-23 | |
| dc.description.abstract | The growing problem of bacterial resistance to antibiotics, aggravated by the indiscriminate use of these drugs in human and veterinary medicine, has demanded the development of new therapeutic strategies. Among these strategies, bacteriophages (phages) stand out as a promising alternative due to their specificity and effectiveness in infecting and eliminating pathogenic bacteria, including multidrug-resistant strains. The use of metagenomic sequencing to study microbial communities can also aid in the detection of bacteriophage sequences. In this sense, taking advantage of the high biodiversity present in the Amazon biome, a shotgun metagenomic study was conducted in the city of Bragança, Pará, with water samples collected at five different points along the Cereja River (BP1 – BP5), in triplicate, from the source to a more contaminated area. After metagenomic DNA extraction, the samples were sequenced using the Illumina NovaSeq 6000 platform, and the data were preprocessed with fastp followed by assembly with metaSpades. Kraken2, Krakentools, and Microeco were used for taxonomic characterization and diversity analysis of viruses and bacteria. Correlations with resistance profiles and taxonomic data were normalized and correlated using redundancy analysis (RDA) to identify the point of greatest environmental impact, which showed BP4 as the most contaminated. Contigs from the 5 points were analyzed by VIBRANT, VirSorter2, and DeepVirFinder, and the identified viral sequences were selected based on completeness (> 90%), contamination (< 10%), and viral quality criteria, with provirus removal based on CheckV and ViralComplete results, resulting in 19, 14, 11, 11, and 6 viral sequences selected for points BP1 to BP5, respectively. In parallel, metagenomic "metagenomic assembled genomes" (MAGs) were generated and filtered, and taxon identification was performed using the kMetaShot program. An inferential comparison was made to detect MAGs that would be likely hosts of the selected viral sequences. Point BP4, being the most contaminated and meeting these criteria, was selected and its phage-host relationship was analyzed. They were evaluated for the presence of antimicrobial resistance genes (AMRs) and defense systems. Phages with likely hosts of identified MAGs from Citrobacter, Acinetobacter, and Enterobacter were found. No AMR genes were identified in the viral sequences, but AMRs were identified in 9 of 10 MAGs selected as likely bacterial hosts, indicating potentially effective phages against antibiotic-resistant pathogenic bacteria. Functional analyses also showed that selected MAGs from the genus Acinetobacter exhibited a greater diversity of phage defense systems and identification of Cas genes, with lytic phages identified for this genus; and MAGs with a higher presence of AMR genes showed identification of the MazEF toxin-antitoxin system, and greater identification of the restriction-modification (RM) system in Enterobacter, with temperate phages identified for this genus. Although further studies are needed to validate and strengthen the findings, the results point to a promising approach to guide phage bioprospecting in contaminated environments and predict possible phage-host relationships so that more precise experimental analyses can be performed. | |
| dc.description.sponsorship | CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/1843/2135 | |
| dc.language | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal de Minas Gerais | |
| dc.rights | Acesso restrito | |
| dc.rights | Acesso restrito | |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ | |
| dc.subject | Bioinformática | |
| dc.subject | Metagenômica | |
| dc.subject | Bacteriófagos | |
| dc.subject | Resistência Microbiana a Medicamentos | |
| dc.subject.other | Metagenômica | |
| dc.subject.other | Fagos | |
| dc.subject.other | Resistência a antibióticos | |
| dc.subject.other | Bactérias hospedeiras | |
| dc.title | Bioprospecção de bacteriófagos para o combate a bactérias resistentes a antibióticos a partir de dados metagenômicos | |
| dc.type | Tese de doutorado | |
| local.contributor.advisor1 | Rommel Thiago Juca Ramos | |
| local.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1274395392752454 | |
| local.contributor.referee1 | Ana Cecília Ribeiro Cruz, Luis Gustavo Carvalho Pacheco, Siomar de Castro Soares, Vasco Ariston de Carvalho Azevedo | |
| local.creator.Lattes | https://lattes.cnpq.br/4867160377538102 | |
| local.description.embargo | 2026-10-23 | |
| local.description.resumo | O crescente problema da resistência bacteriana a antibióticos, agravado pelo uso indiscriminado destes fármacos na medicina humana e veterinária, tem demandado o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas. Dentre essas estratégias, os bacteriófagos (fagos) destacam-se como uma alternativa promissora devido à sua especificidade e eficácia na infecção e eliminação de bactérias patogênicas, incluindo cepas multirresistentes. O uso do sequenciamento metagenômico para estudar comunidades microbianas também pode auxiliar na detecção de sequências de bacteriófagos. Nesse sentido, aproveitando a alta biodiversidade presente no bioma Amazônia, um estudo metagenômico shotgun foi conduzido na cidade de Bragança, Pará, com coletas de água em cinco pontos diferentes ao longo do Rio Cereja (BP1 – BP5), em triplicata, desde o trecho da nascente até uma área mais contaminada. Após a extração de DNA metagenômico, as amostras foram sequenciadas pela plataforma Illumina NovaSeq 6000 e os dados foram pré-processados com fastp seguido de montagem com metaSpades. Kraken2, Krakentools e Microeco foram usados para caracterização taxonômica e análise de diversidade de vírus e bactérias. As correlações com os perfis de resistência e os dados taxonômicos foram normalizadas e correlacionadas por meio de análise de redundância (RDA) para identificar o ponto de maior impacto ambiental, o que mostrou BP4 como o mais contaminado. Os contigs dos 5 pontos foram analisados por VIBRANT, VirSorter2 e DeepVirFinder, e as sequências virais identificadas foram selecionadas com base na completude (> 90%), contaminação (< 10%) e critérios de qualidade viral, com remoção de provírus com base nos resultados de CheckV e ViralComplete, resultando em 19, 14, 11, 11 e 6 sequências virais selecionadas para os pontos BP1 a BP5 respectivamente. Paralelamente,”metagenomic assembled genomes” MAGs metagenômicos foram gerados e filtrados, e a identificação do táxon foi realizada usando o programa kMetaShot. Uma comparação por inferência foi feita para detectar MAGs que seriam prováveis hospedeiros das sequências virais selecionadas, o ponto BP4 por ser o mais contaminado e ter obedecido a estes critérios foi selecionado e analisado a sua relação fago – hospedeiro e eles foram avaliados quanto à presença de genes de resistência antimicrobiana (RAM) e sistemas de defesa. Foram encontrados fagos com prováveis hospedeiros de MAGs identificadas de Citrobacter, Acinetobacter e Enterobacter. Nenhum gene de RAM foi identificado nas sequências virais, mas RAMs foram identificados em 9 de 10 MAGs selecionados como prováveis hospedeiros bacterianos, indicando fagos potencialmente eficazes contra bactérias patogênicas resistentes a antibióticos. Análises funcionais também mostraram que MAGs selecionadas do gênero Acinetobacter obtiveram uma maior diversidade de sistemas de defesa contra fagos e identificação de genes Cas, sendo identificado fagos líticos para este gênero; e as MAGs que tiveram maior presença de genes de AMR tiveram identificação do sistema toxina-antitoxina MazEF, e maior identificação do sistema restrição-modificação (RM) em Enterobacter, sendo identificados fagos temperados para este gênero. Embora mais estudos sejam necessários para validar e robustecer as descobertas, os resultados apontam para uma abordagem promissora para orientar a bioprospecção de fagos em ambientes contaminados e prever possíveis relações fago-hospedeiro para que análises experimentais mais precisas possam ser realizadas. | |
| local.identifier.orcid | https://orcid.org/0000-0002-3681-7886 | |
| local.publisher.country | Brasil | |
| local.publisher.department | ICB - INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLOGICAS | |
| local.publisher.initials | UFMG | |
| local.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Bioinformatica | |
| local.subject.cnpq | CIENCIAS BIOLOGICAS |