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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.95.2017.tde-14072017-161226
Document
Author
Full name
Deyvid Emanuel Amgarten
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2016
Supervisor
Committee
Setubal, João Carlos (President)
Ventura, Armando Morais
Zanotto, Paolo Marinho de Andrade
Title in Portuguese
Análise computacional da diversidade viral presente na comunidade microbiana do processo de compostagem do Zoológico de São Paulo
Keywords in Portuguese
Bioinformática
Compostagem
Diversidade
Fagos
Homing-endonucleases
Metagenômica
Pipeline
Vírus
Vírus ambientais
Abstract in Portuguese
O estudo da diversidade viral em amostras ambientais tem se tornado cada vez mais importante devido a funções-chave desempenhadas por esses organismos. Estudos recentes têm fornecido evidências de que vírus de bactérias (bacteriófagos) podem ser os principais determinantes em ciclos biogeoquímicos de grandes ecossistemas, além de atuarem no fluxo de genes entre comunidades ambientais e na plasticidade funcional das mesmas frente a estresses ambientais. Neste trabalho, propomos a investigação e caracterização da diversidade viral presente em amostras de compostagem através de abordagens não dependentes e dependentes de cultivo. Na primeira abordagem, coletamos amostras seriadas de uma unidade de compostagem do zoológico de São Paulo para realização de sequenciamento metagenômico. O conjunto de sequências gerado foi extensivamente minerado (data-mining) para a produção de resultados de diversidade e abundância de táxons virais ao longo do processo de compostagem. Adicionalmente, procedemos com a montagem e recuperação de sequências virais candidatas a genomas completos e/ou parciais de novos vírus ambientais. Os dois protocolos computacionais utilizados para a mineração de dados encontram-se definidos e automatizados, podendo ser aplicados em quaisquer conjuntos de dados de sequenciamento metagenômico ou metatranscritômico obtidos através da plataforma Illumina. A segunda abordagem correspondeu ao isolamento e caracterização de novos fagos de Pseudomonas obtidos de amostras de compostagem. Três novos fagos foram identificados e tiveram os seus genomas sequenciados. A caracterização genômica desses fagos revelou genomas com alto grau de novidade, insights sobre a evolução de Caudovirales e a presença de genes de tRNA, cuja função pode estar relacionada com um mecanismo dos fagos para contornar o viés traducional apresentado pela bactéria hospedeira. A caracterização experimental dos novos fagos isolados demonstrou grande potencial para lise e dissolução de biofilme da cepa Pseudomonas aeruginosa PA14, conhecida como agente causador de infecções hospitalares em pacientes imunodeprimidos. Em suma, os dados reunidos nesta dissertação caracterizam a diversidade presente no viroma da compostagem e contribuem para o entendimento dos perfis taxonômico, funcional e ecológico do processo.
Title in English
Computational analysis of the viral diversity in the Sao Paulo Zoo composting microbial community
Keywords in English
Bioinformatics
Composting
Diversity
Environmental viruses
Homing-endonucleases
Metagenomics
Phages
Pipeline
Virus
Abstract in English
The study of the viral diversity in environmental samples has become increasingly important due to key-roles that are performed by these organisms in our ecosystems. Recent publications provide evidence that viruses of bacteria (bacteriophages) may be key-players in biogeochemical cycles of large ecosystems, as oceans and forests. Besides, they may also be determinant in the genes flux among populations and in the plasticity of the communities face to environmental stresses. In this work, we propose the investigation and characterization of the viral diversity in composting samples through non-culturable and culturable-dependent approaches. In the first approach, we sampled a composting unit from the Sao Paulo Zoo Park in different time points and proceeded with metagenomic sequencing. The dataset generated was extensively mined to provide results of diversity and abundance of viral taxa through the composting process. Additionally, we proceeded with the assembly and retrieval of candidate sequences to partial or/and complete viral genomes. The two computational protocols were automatized as pipelines and can be applied to any metagenomic dataset of illumina reads. The second approach refers to the isolation and characterization of new Pseudomonas phages obtained from composting samples. Three new phages were identified and their genomes were sequenced. A detailed characterization of these genomes revealed high degree of novelty, insights about evolution of tailed-phages and the presence of tRNA genes, which may be related to a mechanism to bypass host translational bias. The experimental characterization of the new phages demonstrated great potential to lyse bacterial cells and to degrade Pseudomonas aeruginosa PA14 biofilms. In short, the data presented in this dissertation shed light to the composting virome diversity, as well as to the functional and ecological profiles of viruses in the composting environment.
 
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Publishing Date
2017-09-05
 
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