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metadata.dc.type: Dissertação
Title: Avaliação da distribuição ambiental de genes de relevância biotecnológica por meio de dados metagenômicos públicos
Other Titles: Evaluation of the environmental distribution of genes of biotechnological relevance through public metagenomic data
metadata.dc.creator: Werner, Marcelo Jorge
metadata.dc.contributor.advisor1: Lima, André Oliveira de Souza
metadata.dc.contributor.referee1: Almeida, Tito Cesar Marques de
metadata.dc.contributor.referee2: Barreto, Andre Silva
metadata.dc.description.resumo: Bactérias e arqueias são micro-organismos procariotos que habitam os mais diversos ambientes e são responsáveis por grande parte da decomposição de matéria orgânica no planeta. Isso se deve, principalmente, à ação de enzimas específicas, que evoluem em resposta a estímulos dos ambientes onde estes organismos vivem. Estas enzimas apresentam grande aplicação em vários setores industriais, desde alimentos, fármacos, química, têxtil, biocombustíveis, entre outros. A demanda por enzimas mais ativas ou adaptadas às condições industriais é crescente, motivada pela busca por maior produtividade, redução de custos e adequação às normas ambientais. Neste contexto, a metagenômica possibilita a ampliação do espectro de prospecção de enzimas com aplicação biotecnológica, pois permite o estudo de genes de enzimas sem a necessidade de cultivo dos organismos produtores. Este trabalho pretendeu avaliar, com base nos dados de metagenomas públicos hospedados no servidor MG-RAST, a distribuição de genes que codificam três enzimas amilolíticas (alfa-amilase, beta-amilase e glucoamilase), duas lipolíticas (carboxilesterase e lipase de triacilglicerol), cinco lignocelulolíticas (endoglucanase, exoglucanase, beta-glucosidase, xilanase e lignina peroxidase) e uma proteolítica (subtilisina). Após a análise das informações contidas no banco de dados, foi possível identificar um total de 1.648 metagenomas (3,29 Tpb), cujas sequências, já anotadas, foram investigadas. Para isso, cada metagenoma selecionado foi associado ao ambiente a partir do qual o DNA ambiental havia sido obtido. Estas informações permitiram concluir que, entre os 40 ambientes avaliados, aqueles que apresentam superior abundância de genes/enzimas alvo foram os associados a material coletado diretamente do intestino de peixes, aves e mamíferos. Apesar disso, sequências que codificam algumas enzimas específicas foram mais abundantes em outros ambientes, como por exemplo, a lignina peroxidase em ambientes associados a sedimento. Ademais, foi possível observar no conjunto dos metagenomas de rúmen, abundância de sequências que codificam enzimas celulolíticas e alfa-amilase acima da média de todos os ambientes avaliados. A análise da diversidade dos metagenomas com incidências extremas (maiores e menores) de genes que codificam as moléculas alvo permitiu concluir que os ambientes com abundância superior também apresentam maior diversidade genética das sequências que codificam quase todas as enzimas, com exceção da xilanase e da lignina peroxidase. Espera-se que essas conclusões promovam um melhor direcionamento dos ambientes escolhidos para bioprospecção, reduzindo o esforço amostral desses processos e, consequentemente, aumentando sua eficiência e reduzindo seus custos
Abstract: Bacteria and archaea represent the vast majority of living organisms, inhabit the most diverse environments and are responsible for much of the decomposition of organic matter on the planet. This is due mainly the action of specific enzymes that are synthesized by these microorganisms. These enzymes evolve in response to external stimuli from the environments where the synthesizing bacteria and archaea live. Several of these molecules have been prospected for decades, for use in different industrial processes. Nowadays, the demand for these compounds is increasing, motivated by the search for higher productivity, cost-cutting and compliance with environmental standards. Metagenomics has broadened the spectrum of prospecting for enzymes, as it analyzes genetic sequences that encode functional genes without the need to cultivate synthesizing organisms. The aim of this work was to evaluate, based on metagenome data hosted in the MG-RAST server and retrieved free of charge, the distribution of gene encoding three amylolytic enzymes (alpha-amylase, beta-amylase and glucoamylase), two lipolytic enzymes (carboxylesterase and triacylglycerol lipase), five lignocellulolytic enzymes (endoglucanase, exoglucanase, beta-glucosidase, xylanase and lignin peroxidase) and one proteolytic enzyme (subtilisin). After analyzing the data retrieved from the server, a total of 1648 metagenomes were identified (3.29 Tbp) whose sequences, already annotated, were investigated. To accomplish this, each selected metagenome was associated with an environment from which their environmental DNA was obtained. This information showed that among the 40 environments assigned, the ones with higher abundance of target genes/enzymes were associated with material collected directly from the gut of fish, birds and mammals. Nevertheless, sequences that encode specific enzymes were more abundant in other environments, for example peroxidase in environments associated with sediment. Moreover, it was possible to observe in the set of rumen metagenomes, an abundance of sequences encoding cellulolytic enzymes and alpha-amylase above the average of all the assigned environments. Analysis of the diversity of metagenomes with extreme occurrences (higher and lower) of genes encoding target molecules led to the conclusion that more abundant environments also show greater genetic diversity of sequences encoding almost all enzymes, with the exception of xylanase and lignin peroxidase. It is hoped that these findings will provide better focus in terms of the environments chosen for bioprospecting, reducing the sampling efforts in these processes and consequently increasing their efficiency and reducing their costs.
Keywords: metagenômica
bioprospecção
bioinformática
enzimas industriais
metagenomics, bioprospecting, bioinformatics, industrial enzymes
Gestão ambiental
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::ECOLOGIA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade do Vale do Itajaí
metadata.dc.publisher.initials: UNIVALI
metadata.dc.publisher.department: Tecnologia e Gestão Ambiental
metadata.dc.publisher.program: Doutorado em Ciência e Tecnologia Ambiental
Citation: WERNER, Marcelo Jorge. Evaluation of the environmental distribution of genes of biotechnological relevance through public metagenomic data. 2013. 94 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia e Gestão Ambiental) - Universidade do Vale do Itajaí, Itajaí, 2013.
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
URI: https://siaiap39.univali.br/repositorio/handle/repositorio/1891
Issue Date: 20-Aug-2013
Appears in Collections:Importação Nova 20150826 Coleção

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