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https://repository.ufrpe.br/handle/123456789/4521
Title: | Diversidade de genes de resistência em bactérias de ambientes extremos |
Authors: | Silva, Erivelton Gomes da |
metadata.dc.contributor.authorLattes: | http://lattes.cnpq.br/9369370749452563 |
metadata.dc.contributor.advisor: | Freitas, Nara Suzy Aguiar de |
metadata.dc.contributor.advisorLattes: | http://lattes.cnpq.br/6891650997818766 |
Keywords: | Bactérias;Genes;Resistência;Ambientes extremos |
Issue Date: | 7-Oct-2022 |
Citation: | SILVA, Erivelton Gomes da. Diversidade de genes de resistência em bactérias de ambientes extremos. 2022. 56 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Ciências Biológicas) - Departamento de Biologia, Universidade Federal Rural de Pernambuco, Recife, 2022. |
Abstract: | Bacteria from extreme environments are poorly understood and the evolutionary histories linked to resistance and virulence gene patterns are still hidden. Although they are usually associated with a single extreme condition, they are often described as multi-resistances, which we assume is due to their rich genetic arsenal. Studying the diversity of these genes can help us to understand how bacterial life adapts in the scenario of environmental changes resulting from human action. This work studied the diversity of resistance mechanisms in bacteria and their shared genes between representatives of the Terrabacteria and Proteobacteria taxa. 16 genomes from 12 genera was selected, including thermophilic, psychrophilic, halotolerant, radiotolerant, acidophilic and resistant to heavy metals bacteria, in addition to 44 resistance genes. A phylogenetic tree was constructed with the 16S rRNA sequences (MEGA software). The sequences of the genes of interest were aligned against the NCBI/BLAST database, and their relationships to Mobile Genetic Elements (MGEs) obtained (IslandViewer 4). Among the gene products, we highlight the Quorum Sensing molecules for biofilm formation, present among phylogenetically distant taxa, where homologous signalers and receptors can be used to understand multi-resistances in extreme environments. On the other hand, we also found genes that act together in the creation of resistance, such as the mutS/mutL DNA repair genes, or the resistance genes to several phaE/phaC stressors, but which in some taxa showed the absence of one of alleles, or significant variations in the percentage of alignment of the alignments, indicating a possible difference in functionality. Other genes were more restricted to certain taxa, such as the ddrD of the radiotolerant Deinococcus radiodurans, which acts within a specific scenario of radiation and nutritional scarcity, in which case the improvement of a single gene/product led to a multi-resistance mechanism. Another example of restrictiveness is the phaE gene of the multidrug-resistant Rubrobacter xylanophilus, which cooperates in robustness and resistance to stress in this species. We also observed three cases of correlation between MGEs and resistance genes: the first in the occurrence of the radiotolerance gene recA in Genomic Islands in Thermus sp; another in the relationship of MGEs and Genomic Islands with the ars and cad genes, for arsenic and cadmium resistance, respectively, in Geobacillus stearothermophilus; and finally, the relationship of the Acidiphilium sp gene kdpB with plasmids in several of the taxa studied. This evidence indicates that, at least for a small part of these mechanisms, there is a potential for sharing resistance genes through Horizontal Gene Transfer (HGT). This potential for mobility could be an excellent biotechnological tool in the genomic editing of bacteria used in the bioremediation of contaminated environments. We believe that further studies of patterns and variations, phylogenetic analyzes and correlation of these genes with MGEs and genomic islands, may be ways to understand more about the diversity of resistance genes in extremophile bacteria. |
Description: | As bactérias de ambientes extremos são pouco conhecidas e as histórias evolutivas ligadas aos padrões de genes de resistência e virulência ainda continuam escondidas. Apesar de serem, geralmente, associadas a uma única condição extrema, com frequência são descritas como multirresistentes, o que supomos ser devido ao seu rico arsenal genético. Estudar a diversidade desses genes pode nos ajudar a compreender como a vida bacteriana se adapta no cenário de mudanças ambientais decorrentes da ação humana. Esse trabalho estudou a diversidade de mecanismos de resistência em bactérias e os seus genes compartilhados entre representantes dos táxons de Terrabacteria e Proteobacteria. Foram selecionados 16 genomas de 12 gêneros, entre bactérias termófilas, psicrófilas, halofílicas, radiotolerantes, acidófilas e resistentes a metais pesados, além de 44 genes de resistência. Uma árvore filogenética foi construída com as sequências de RNAr 16S (MEGA software). As sequências dos genes de interesse foram alinhadas contra o banco de dados do NCBI/BLAST, e suas relações com Elementos Genéticos Móveis (EGMs) obtidas (IslandViewer 4). Entre os produtos de genes, destacamos as moléculas de Quorum Sensing para formação de biofilmes, presente entre táxons filogeneticamente distantes, de modo que seus sinalizadores e receptores homólogos poderiam ser utilizados na compreensão da multirresistência em ambientes extremos. Por sua vez, encontramos também genes que atuam em conjunto na confecção de resistência, como os genes de reparo de DNA mutS/mutL, ou os genes de resistência a fatores estressores phaE/phaC, mas que em alguns táxons apresentaram a ausência de uma de suas partes, ou variações significativas no percentual de identidade dos alinhamentos, indicando possível diferença de funcionalidade. Outros genes mostraram-se mais restritos a determinados táxons, como o ddrD do radiotolerante Deinococcus radiodurans, que atua dentro de um cenário específico de radiação e escassez nutricional, caso em que o aprimoramento de um único gene/produto levou a um mecanismo de multirresistência. Outro exemplo de restritividade é o gene phaE do multirresistente Rubrobacter xylanophilus, que coopera na robustez e resistência ao estresse nessa espécie. Também observamos três casos de correlação de EGMs com os genes de resistência: o primeiro na ocorrência do gene de radiotolerância recA em Ilhas Genômicas em Thermus sp; outro na relação de EGMs e Ilhas genômicas com os genes ars e cad, de resistência ao arsênio e cádmio, respectivamente, em Geobacillus stearothermophilus; e por fim a relação do gene acidófilo kdpB e sua associação com plasmídeos em vários dos táxons estudados. Essas evidências apontam que, ao menos para uma pequena parte desses mecanismos, existe um potencial de compartilhamento de genes de resistência por meio de Transferência Horizontal de Genes - THG. Esse potencial para mobilidade pode ser uma excelente ferramenta biotecnológica na edição genômica de bactérias usadas na biorremediação de ambientes contaminados. Acreditamos que novos estudos de padrões e variações, análises filogenéticas e correlação desses genes com EGMs e Ilhas Genômicas, possam ser caminhos para entender mais sobre a diversidade de genes de resistência em bactérias extremófilas. |
URI: | https://repository.ufrpe.br/handle/123456789/4521 |
Appears in Collections: | TCC - Bacharelado em Ciências Biológicas (Sede) |
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