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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.95.2016.tde-20230725-114604
Documento
Autor
Nome completo
Paulo Moisés Raduan Alexandrino
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2016
Orientador
Título em português
Reconstrução da rede metabólica em escala genômica da bactéria Burkholderia sacchari
Palavras-chave em português
Bioinformática
Resumo em português
Burkholderia sacchari é uma bactéria que naturalmente produz polihidroxialcanoatos (PHAs) como reserva de carbono e de energia. PHAs são uma classe de polímeros biodegradáveis que apre- sentam uma série de aplicações industriais e B. sacchari se mostrou um organismo promissor para a produção em larga escala do polímero. Recentemente, o genoma da bactéria foi sequenciado, abrindo a possibilidade para a reconstrução de sua rede metabólica em escala genômica, o que poderia contribuir para o entendimento da fisiologia da bactéria, com implicações para sua melhoria genética visando a produção mais eficiente de PHAs. Desse modo, o primeiro objetivo deste tra- balho é reconstruir a rede metabólica da bactéria Burkholderia sacchari a partir de seu conteúdo genômico. Para isso, o genoma sequenciado foi montado e anotado. A montagem foi feita usando 28 tratamentos diferentes que foram avaliados de acordo com três critérios: métricas de tamanho da montagem, critério de qualidade da montagem, e completude da anotação. Os três critérios fo- ram usados como filtros para eleger a melhor montagem. O genoma eleito foi então usado para a reconstrução automática da rede metabólica usando a ferramenta ModelSEED, resultando em uma rede composta por 1512 reações e 1890 metabólitos. Em seguida, a reconstrução obtida foi sujeita à adequação de vocabulário por meio da plataforma MetaNetX, onde também foram realizadas dois tipos de análise da rede. A análise de balanço de fluxo mostrou que o modelo suporta crescimento. A análise de nocautes de reações mostrou uma inconsistência no metabolismo de trealose. Assim, curou-se manualmente a reconstrução e foi constatada uma falha na anotação da enzima fosfoglu- comutase, que foi considerada como candidata à reanotação. O processo de curadoria desta enzima indicou duas lacunas: a dificuldade em se percorrer a via de uma maneira interativa e a dificuldade em se modificar a reconstrução. Em decorrência das dificuldades encontradas, o segundo objetivo deste trabalho foi propor urna forma de representar a reconstrução de B. sacchari visando superar as lacunas encontradas. A forma proposta foi através de um banco de dados orientado a grafo e os resultados indicaram que esta representação consegue facilitar a tarefa de curadoria manual que precisará ser feita em trabalhos futuros de refinamento da reconstrução.
Título em inglês
not available
Resumo em inglês
Burkholderia sacchari is a bacterium that naturally produces polyhydroxyalkanoates (PHAs) as a carbon and energy storage material. PHAs are a class of biodegradable polymers which have many industrial applications and the bacteria has emerged as a potential host for large-scale production of the polymer. B. sacchari 's genome has been recently sequenced, opening up the possibility for its metabolic network reconstruction. This could in tum be helpful to understand B. sacchari 's phy- siology, with implications to the genetic improvement of the bacterium, leading to a more efficient production of PHAs. Therefore, the first goal of this work is to reconstruct the metabolic network of B. sacchari from its genomic content. Hence, the sequenced genome was assembled and annotated. Assembly was performed with 28 different treatments, and each of them was evaluated according to three criteria: size metrics, assembly quality criteria and annotation completeness. All three criteria together were used as a filter to select the better assembly. The selected genome was used in the automatic reconstruction with ModelSEED, resulting in a network composed of 1512 reactions and 1890 metabolites. Then, the reconstruction was subject to vocabulary standardization with Meta- NetX, where two types of analysis were also carried out. Flux Balance Analysis showed that the model can support growth and Reaction Knockout Analysis revealed an inconsistency in trehalose metabolism. Therefore, the network was manually inspected and the shortcoming was found to be related to the incorrect annotation of the enzyme phosphoglucomutase, which was considered as a candidate for reannotation. The manual curation of this enzyme has indicated two gaps: the diffi- culty in walking through the pathway and the difficulty in altering the reconstruction. Facing these difficulties, the second goal of this work was to propose a representation of B. sacchari's metabolic network as a graph database. Results suggest that this form of representation can facilitate the task of manual inspection that should be made in future work aiming to refine the reconstruction.
 
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Data de Publicação
2023-07-27
 
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