Analise genômica comparativa e reconstrução metabolica da Klebsiella pneumoniae Kp13

• Ano de defesa: 2012
• Autor(a) principal: Ramos, Pablo Ivan Pereira
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Laboratório Nacional de Computação Científica; Serviço de Análise e Apoio a Formação de Recursos Humanos; BR; LNCC; Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
• Palavras-chave em Português: Bioinformática; Bioinformatics; CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
• Link de acesso: https://tede.lncc.br/handle/tede/166

Klebsiella pneumoniae é uma enterobactéria Gram-negativa frequentemente associada a surtos de infeções hospitalares em todo o mundo. Esta bactéria possui um amplo repertório de genes de resistência e virulência, os quais lhe permitem evadir o sistema imune do hospedeiro (atraées do polissacardeo capsular [CPS]) e resistir a antimicrobianos (pela expressão de bombas de efuxo e enzimas B-lactamases, por exemplo). Sendo assim, o conhecimento deste repertório é condição sine qua non para a elaboração de estrat égias de controle deste patógeno, e o campo da Bioinformática, através da genômica comparativa, fornece o ferramental necessário a este propósito. O sequenciamento de um isolado brasileiro de K. pneumoniae, denominado Kp13, obtido durante um surto hospitalar ocorrido no Sul do país em 2009, representou o ponto de partida deste trabalho. Objetivou-se (i) analisar, comparativamente, o genoma do isolado Kp13 com o de outras K. pneumoniae disponíveis nos bancos de dados públicos, com foco específico no repertório de genes de virulência e resistência, bem como identficar regiões de "plasticidade genômica" no cromossomo de Kp13; (ii) estudar o cluster cps (cpsKp13) para síntese do CPS do isolado Kp13; (iii) realizar a reconstrução do metabolismo de pequenas moléculas deste isolado, manualmente refinando a rede metabólica e modelando-a sob a forma de grafo; a partir da rede reconstruída, determinar suas características topológicas e identificar nós que podem ser considerados pontos de "estrangulamento" do metabolismo de Kp13 e que representam possíveis alvos para antimicrobianos. Os resultados da analise comparativa revelaram a grande plasticidade existente entre os genomas de K. pneumoniae e do isolado Kp13 especificamente. Foram identificados genes relacionados a resistência, tais como bombas de efluxo pertencentes as cinco principais famílias de transportadores e que podem estar envolvidas na resistência a uma ampla gama de antimicrobianos, corroborando o fenótipo de multirresistência apresentado por Kp13. Genes governando a expressão de enzimas responsáveis pela síntese de enterobactina e yersiniabactina, sideróforos importantes para a aquisição de ferro, foram igualmente identificados e podem contribuir para a virulência deste isolado. Onze regiões de plasticidade foram detectadas com relação a outras K. pneumoniae, muitas destas possuindo características de transferência horizontal, como a presença de transposases e elementos de fagos. A análise de cpsKp13 revelou uma estrutura singular dentre os demais loci cps previamente estudados, a exemplo de uma composição única de glicosiltransferases, e a inversão do gene wzy. Foram identificadas vias metabólicas que podem levar à síntese de diversos resíduos de monossacarídeos potencialmente presentes na composição do CPS de Kp13. A reconstrução do metabolismo de Kp13 e sua representação na forma de grafo permitiram a identificação de nós importantes e que representam potenciais alvos terapêuticos para o controle deste patógeno. O ranqueamento destes nóos com base em sua centralidade permitiu priorizar àqueles possuindo maior influência no metabolismo da bactéria. A aplicação de ferramentas de bioinformáatica ao estudo do genoma de K. pneumo- niae Kp13 permitiu identificar o seu repertório de virulência e resistência, e representa o primeiro estudo deste tipo realizado em um isolado brasileiro. O sequenciamento de bactérias obtidas em outros locais do país pode contribuir para a identificação das características em comum entre as K. pneumoniae circulantes no Brasil, e este trabalho representa um passo inicial neste sentido.