flowDiv: uma nova ferramenta computacional para análise da diversidade citométrica ambiental

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Wanderley, Bruno Mattos Silva
Orientador(a): Doria Neto, Adrião Duarte
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOINFORMÁTICA
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Citometria de fluxo
Diversidade citométrica
flowDiv
Área do conhecimento CNPq:
CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28381
Resumo: A citometria de fluxo (CMF) é uma técnica analítica baseada na caracterização espectroscópica de partículas em suspensão. Essa técnica permite a descrição quantitativa e qualitativa de uma vasta gama de sistemas celulares em poucos segundos e a custos relativamente baixos - características que a tornam uma ferramenta bastante ubíqua em protocolos analíticos, tanto industriais quanto acadêmicos. Nesse tocante, as ciências ambientais vem lidando com obstáculos bastante notórios quanto à estruturação de protocolos de CMF: a natureza altamente heterogênea das amostras ambientais dificulta o ajuste de protocolos que equilibrem raciocínios matemáticos padronizados e os significados biológicos intrínsecos do sistema em estudo. Diversas abordagens vem sendo concebidas com vistas a corrigir essas incongruências e, dentre elas, as que exploram a ideia da diversidade citométrica - o estudo de dados de CMF com base em métodos de ecologia numérica - vem se mostrando bastante auspiciosas. Contudo, apesar da disponibilidade de soluções, muitos desafios técnicos ainda precisam ser superados. Neste trabalho, nós desenvolvemos e aplicamos uma nova ferramenta computacional, o flowDiv, especialmente projetada para a análise da diversidade citométrica de dados ambientais. Aqui, além de pormenorizarmos a lógica por trás do método e o compararmos a estratégias computacionais similares, nós o aplicamos a problemas reais, revelando como alguns fatores ecológicos importantes, como o estado nutricional, afetam a diversidade citométrica de grupos microbianos de lagos naturais da Patagônia argentina e do nordeste brasileiro. Nossos resultados sugerem que variáveis ambientais importantes - notadamente clorofila a e carbono, fósforo e nitrogênio totais - afetam a diversidade citométrica de bactérias de maneiras distintas. Essas descobertas alinham-se com a literatura vigente sobre o tema e reafirmam a validade do flowDiv para refletir, de forma consistente, alterações na composição das comunidades bacterianas decorrentes de mudanças ambientais.
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Nesse tocante, as ciências ambientais vem lidando com obstáculos bastante notórios quanto à estruturação de protocolos de CMF: a natureza altamente heterogênea das amostras ambientais dificulta o ajuste de protocolos que equilibrem raciocínios matemáticos padronizados e os significados biológicos intrínsecos do sistema em estudo. Diversas abordagens vem sendo concebidas com vistas a corrigir essas incongruências e, dentre elas, as que exploram a ideia da diversidade citométrica - o estudo de dados de CMF com base em métodos de ecologia numérica - vem se mostrando bastante auspiciosas. Contudo, apesar da disponibilidade de soluções, muitos desafios técnicos ainda precisam ser superados. Neste trabalho, nós desenvolvemos e aplicamos uma nova ferramenta computacional, o flowDiv, especialmente projetada para a análise da diversidade citométrica de dados ambientais. Aqui, além de pormenorizarmos a lógica por trás do método e o compararmos a estratégias computacionais similares, nós o aplicamos a problemas reais, revelando como alguns fatores ecológicos importantes, como o estado nutricional, afetam a diversidade citométrica de grupos microbianos de lagos naturais da Patagônia argentina e do nordeste brasileiro. Nossos resultados sugerem que variáveis ambientais importantes - notadamente clorofila a e carbono, fósforo e nitrogênio totais - afetam a diversidade citométrica de bactérias de maneiras distintas. Essas descobertas alinham-se com a literatura vigente sobre o tema e reafirmam a validade do flowDiv para refletir, de forma consistente, alterações na composição das comunidades bacterianas decorrentes de mudanças ambientais.Flow cytometry (FCM) is an analytical technique based on the spectroscopic characterization of particulates. This technique allows the quantitative and qualitative description of a wide range of cellular systems within seconds and at relatively low costs. Such features make it a very ubiquitous tool in both industrial and academic analytical protocols. The environmental sciences have been dealing with quite obvious obstacles with regrads to the structuring of FCM protocols: the highly heterogeneous nature of environmental samples makes it difficult to adjust protocols that balance standard mathematical reasoning and the intrinsic biological meanings of the system under study. Several approaches have been devised to correct these incongruities, including those that explore the idea of cytometric diversity - the study of FCM data based on numerical ecology methods - has been quite auspicious. However, despite the availability of solutions, many technical challenges still need to be overcome. In this work, we develop and apply a new computational tool, flowDiv, specially designed for the analysis of cytometric diversity of environmental data. Here, in addition to detailing the logic behind the method and comparing it to similar computational strategies, we apply it to real problems, revealing how some important ecological factors, such as nutritional status, affect the cytometric diversity of microbial groups in natural lakes at Patagonian Argentina and northeast Brazil. Our results suggest that important environmental variables - notably chlorophyll a and total carbon, phosphorus and nitrogen - affect the cytometric diversity of bacteria in different ways. These findings are in line with current literature and reaffirm the validity of flowDiv to consistently reflect changes in the composition of bacterial communities stemmed from environmental shifts.CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICASCitometria de fluxoDiversidade citométricaflowDivflowDiv: uma nova ferramenta computacional para análise da diversidade citométrica ambientalinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOINFORMÁTICAUFRNBrasilinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNTEXTflowDivnova_Wanderley_2019.pdf.txtflowDivnova_Wanderley_2019.pdf.txtExtracted texttext/plain166502https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/28381/2/flowDivnova_Wanderley_2019.pdf.txtfb1d5aaf20ae2978ac378046642cfa30MD52THUMBNAILflowDivnova_Wanderley_2019.pdf.jpgflowDivnova_Wanderley_2019.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1443https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/28381/3/flowDivnova_Wanderley_2019.pdf.jpgbfba228c3c02e31b1c8ad05f42ff3e39MD53ORIGINALflowDivnova_Wanderley_2019.pdfapplication/pdf10693307https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/28381/1/flowDivnova_Wanderley_2019.pdfe842730d7a2946d900109e31108d9095MD51123456789/283812020-01-26 04:32:53.019oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/28381Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2020-01-26T07:32:53Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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