Distribution, Dynamics, and Diversity of the Antiphage Immune Systems in Prokaryotic Genomes and Metagenomes (2024)
- Authors:
- Autor USP: CAMPOS, GUILLERMO UCEDA - Interunidades em Bioinformática
- Unidade: Interunidades em Bioinformática
- Sigla do Departamento: INTERUNIDADES EM BIOINFORMÁTICA
- DOI: 10.11606/T.95.2024.tde-10022025-103219
- Subjects: BIOINFORMÁTICA; GENÔMICA; FILOGENIA
- Keywords: Ataques de fagos; Diversidade genômica; Genomic diversity; Metagenômica; Metagenomics; Phage attacks; Prokaryotic immune systems; Sistemas imunológicos procarióticos
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: As bactérias e arqueias empregam várias estratégias de defesa contra fagos, conhecidas coletivamente como sistemas imunológicos procarióticos, para se defender contra ataques de fagos. Inicialmente focados em sistemas de Restrição-Modificação (RM), Infecção Abortiva (Abi) e CRISPR-Cas, descobertas recentes expandiram esse repertório. Essa expansão levantou muitas questões sobre os mecanismos de defesa bacteriana, incluindo a prevalência desses sistemas entre os procariontes, as causas de sua diversidade e suas origens e evolução. Apesar de vários estudos, muitos aspectos desses sistemas imunológicos permanecem pouco explorados. Portanto, esta pesquisa visa analisar a distribuição, dinâmica e diversidade dos sistemas imunológicos antifagos em genomas e metagenomas procarióticos. Um conjunto de dados de genomas públicos do NCBI, juntamente com conjuntos de dados metagenômicos e metatranscriptômicos de um ambiente de compostagem, foi analisado. Um pipeline abrangente foi desenvolvido para a análise de dados, integrando várias ferramentas e técnicas aplicadas à genômica e metagenômica. Nossos principais resultados revelaram, primeiramente, que a distribuição e diversidade dos sistemas imunológicos entre as espécies são notáveis, não apenas para RM, Abi e CRISPR-Cas, mas também para a prevalência de sistemas menos conhecidos como Gabija, CBASS, Lamassu e PD-T7 em mais de 60% das espécies.Curiosamente, os padrões de sistemas imunológicos entre espécies bacterianas de diferentes habitats ou estilos de vida refletiram tendências imunológicas distintas nesses grupos. Em segundo lugar, a extensão da detecção de sistemas imunológicos em metagenomas para explorar a dinâmica desses sistemas revelou a presença de alguns sistemas ao longo do tempo em um ambiente de compostagem, com os sistemas CRISPR-Cas e RM Tipo I mostrando a maior persistência nas amostras de séries temporais. Além disso, dados de RNA-Seq confirmaram a atividade desses sistemas imunológicos, e a classificação taxonômica identificou gêneros como Streptomyces, Mycobacterium e Thermobispora como os principais contribuintes para os sistemas imunológicos detectados ao longo do tempo, junto com outros gêneros. Finalmente, para investigar a organização desses sistemas imunológicos, a análise de domínios proteicos revelou relações filogenéticas distantes entre sistemas e uma ampla variedade de combinações que contribuem para a diversidade conhecida. Homologia remota foi identificada em pelo menos 45 famílias de sistemas imunológicos, com os sistemas RM aparecendo como um ponto chave na evolução e geração de outros sistemas.O estudo também destacou que os domínios helicase e ATPase frequentemente se fundem com domínios específicos para criar sistemas imunológicos diversos. Em conclusão, a análise computacional dos sistemas imunológicos antifagos em genomas e metagenomas procarióticos oferece uma visão clara de sua diversidade complexa. Este trabalho não apenas abre caminhos para futuras pesquisas sobre imunidade procariótica, mas também aprofunda nossa compreensão das interações entre procariontes e fagos
- Imprenta:
- Data da defesa: 26.11.2024
- Este periódico é de acesso aberto
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- Cor do Acesso Aberto: gold
- Licença: cc-by-nc-sa
-
ABNT
CAMPOS, Guillermo Uceda. Distribution, Dynamics, and Diversity of the Antiphage Immune Systems in Prokaryotic Genomes and Metagenomes . 2024. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2024. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/95/95131/tde-10022025-103219/. Acesso em: 04 ago. 2025. -
APA
Campos, G. U. (2024). Distribution, Dynamics, and Diversity of the Antiphage Immune Systems in Prokaryotic Genomes and Metagenomes (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/95/95131/tde-10022025-103219/ -
NLM
Campos GU. Distribution, Dynamics, and Diversity of the Antiphage Immune Systems in Prokaryotic Genomes and Metagenomes [Internet]. 2024 ;[citado 2025 ago. 04 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/95/95131/tde-10022025-103219/ -
Vancouver
Campos GU. Distribution, Dynamics, and Diversity of the Antiphage Immune Systems in Prokaryotic Genomes and Metagenomes [Internet]. 2024 ;[citado 2025 ago. 04 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/95/95131/tde-10022025-103219/ - Comparative genomics and phylogenomics of Xylella fastidiosa
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Informações sobre o DOI: 10.11606/T.95.2024.tde-10022025-103219 (Fonte: oaDOI API)
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