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Desenvolvimento de uma plataforma computacional modular extensível para análises de experimentos de metabolômica e metagenômica: inovando com a descoberta de novas atividades enzimáticas e produtos naturais de interesse farmacêutico derivados

Processo: 17/18922-2
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Apoio a Jovens Pesquisadores
Vigência: 01 de março de 2019 - 28 de fevereiro de 2023
Área do conhecimento:Ciências da Saúde - Farmácia - Farmacognosia
Pesquisador responsável:Ricardo Roberto da Silva
Beneficiário:Ricardo Roberto da Silva
Instituição-sede: Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto (FCFRP). Universidade de São Paulo (USP). Ribeirão Preto , SP, Brasil
Pesq. associados:Norberto Peporine Lopes
Bolsa(s) vinculada(s):19/18378-6 - Módulo auxiliar à descoberta de estruturas químicas na literatura: mineração de textos, BP.IC
19/05026-4 - Desenvolvimento de uma plataforma computacional modular extensível para análises de experimentos de metabolômica e metagenômica: inovando com a descoberta de novas atividades enzimáticas e produtos naturais de interesse farmacêutico derivados, BP.JP
Assunto(s):Biologia computacional  Metabolômica  Metagenômica  Produtos naturais  Quimiometria  Plataforma (computação) 

Resumo

A evolução no volume de dados gerados nos experimentos modernos de ciências ômicas tem suscitado o desenvolvimento de novos métodos analíticos para explorar conjuntos complexos de dados multidimensionais. Ao mesmo tempo que os novos experimentos disponíveis apresentam desafios conceituais, a recente disponibilidade de um grande número de dados experimentais públicos fornece pela primeira vez a oportunidade de aplicar as tecnologias desenvolvidas em outros campos para o manejo de megadados (Big Data). Esta possibilidade vem de encontro à demanda nacional por uma plataforma comunitária para análise e gerenciamento de grandes conjuntos de dados, explorando o potencial da biodiversidade brasileira para a descoberta de produtos naturais com aplicações farmacêuticas. Estima-se que 60% de todos os medicamentos atualmente registrados tenham um produto natural envolvido no seu desenvolvimento e que a biodiversidade brasileira corresponda a cerca de 20% da biodiversidade mundial. Análises baseadas em megadados possibilitam a detecção de correlações entre as variáveis amostradas (e.g. metabólitos) e o estado do sistema em estudo (e.g. paciente sadio versus paciente doente), que não podiam ser observadas com a profundidade e detalhamento com que os sistemas eram analisados anteriormente. Recentemente diversos métodos de predição de vias biossintéticas de produtos naturais foram automatizados e se tornaram disponíveis publicamente. A validação em larga escala dessas predições foi demonstrada através da aplicação da metabolômica não-direcionada combinada a superexpressão em larga escala de proteínas e utilização de lisados celulares para a descoberta de novas atividades enzimáticas e novas estruturas de metabólitos. Esta abordagem é relativamente simples e de baixo custo, e apresenta um grande potencial biotecnológico. Dentro deste contexto, o presente projeto tem por objetivo a extensão de uma instância da plataforma Galaxy para análise de experimentos de ciências ômicas. O fluxo de análises contará com módulos originais para otimização da detecção de íons em experimentos de metabolômica não direcionada, pareando a descoberta de vias biossintéticas e novas estruturas de produtos naturais. Essa infraestrutura será utilizada para suportar colaborações estratégicas implementando uma plataforma de expressão heteróloga em microrganismos. Para potencializar o uso comunitário da plataforma, explorando o uso de análises de estatística multivariada aplicadas para diferentes sistemas biológicos a presente proposta prevê a integração a dois Projetos Temáticos da FAPESP ligados ao Biota. Um deles fornecendo suporte em espectrometria de massas, coordenado pelo Prof. Dr. Norberto Peporine Lopes e outro sobre bioprospecção de produtos naturais marinhos coordenados pela Prof. Dra. Letícia Veras Costa Lotufo. Visando ampliar o projeto para o reino vegetal iniciamos também uma interação com o Projeto do Programa SPEC da FAPESP coordenado pelo Prof. Dr. Jonathan James Lloyd que visa um estudo de grande amostragem experimental sobre o Bioma negligenciado da Caatinga. Essas interações permitirão um acesso a uma diversa coleção de megadados que somadas aos experimentos aqui propostos serão utilizadas para validar uma plataforma integrando recursos digitais em múltiplas camadas. Esta abordagem introduz um manejo racional de hardware e a implementação flexível de software sob demanda que deverá criar uma nova linha de pesquisa que beneficiará a estrutura de pesquisa da Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto (FCFRP-USP). (AU)

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