Mine, Model and Make to Discover (3M2D): Uma plataforma para prospecção de substâncias bioativas em dados de (meta)genômica e metabolômica de microrganismos, validação em plataformas de expressão e fermentação artesanal

• Processo: 25/03943-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2028
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Microbiologia - Microbiologia Aplicada
• 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
• Pesquisadores associados: Danielle Biscaro Pedrolli ; María Eugenia Guazzaroni ; Norberto Peporine Lopes
• Assunto(s): Biologia computacional Genômica Metabolômica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: bioinformática | Evolução adaptativa | Genômica | Metabolomica | Microbiologia | Bioinformática

Resumo

Os estudos das comunidades microbianas associados aos mais diversos ambientes têm ganhado cada vez mais importância para a exploração sustentável da biodiversidade. O entendimento do conjunto dos genomas destas comunidades, denominado de metagenoma, é fundamental para encontrar relações do potencial codificante dos genomas com os respectivos nichos ecológicos. As inúmeras adaptações evolutivas de comunidades microbianas aos mais diversos ambientes tornam a mineração de dados públicos uma fonte de potenciais inovações biotecnológicas para diversas aplicações. Entretanto, o processamento de dados de metagenômica impõe uma série de desafios para a mineração. Para que os dados sejam processados de forma eficiente se faz necessária a utilização de uma série de aplicações integradas, permitindo a execução em ambiente de computação de alto desempenho. As interações entre membros de comunidades microbianas, bem como com seus ambientes, são mediadas por uma ampla gama de metabólitos. A principal abordagem experimental utilizada para o estudo dos metabolomas microbianos é a cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas em série. Essa técnica permite grande flexibilidade na separação e detecção de metabólitos polares de diferentes classes químicas. Com a expansão dos repositórios de dados públicos contendo experimentos de espectrometria, diversos métodos para correlacionar dados de moléculas e genes têm emergido. Apesar dos avanços da bioinformática em aplicação para anotação funcional de sequências gênicas e metabólitos associados, uma parte significativa dessas sequências permanece funcionalmente não caracterizada. Novos modelos preditivos para anotação funcional vêm utilizando características estruturais e funcionais subjacentes, compartilhadas e preservadas nas sequências de aminoácidos. Embora a mineração e as ferramentas preditivas componham uma etapa essencial da prospecção de vias biossintéticas, a expressão de muitos genes possui uma regulação complexa, e portanto necessita de um conjunto de componentes reguladores, como promotores e terminadores, que possibilitem a sua expressão apropriada. Uma vez estabelecidas plataformas de prospecção, predição e expressão gênica, a necessidade de testar a ação dos microrganismos e seus genes sob várias condições experimentais se torna um grande obstáculo a novas descobertas. A automação de culturas microbianas possibilita o controle preciso das condições de crescimento, permitindo uma ampla gama de estudos. O Laboratório de Quimio-Biologia Computacional (http://ccbl.fcfrp.usp.br/) vem se consolidando no campo da metabolômica e mais recentemente no campo da genômica. Em sua nova fase da pequisa, o laboratório pretende integrar métodos exploratórios e preditivos a um conjunto de métodos de validação que permitam que as hipóteses levantadas por esses estudos sejam testadas e encurtem os ciclos de geração de novos alvos biotecnológicos e refinamento dos métodos computacionais. Essa etapa da pesquisa já foi inciada e os primeiros trabalhos já foram submetidos à revisão. Estes trabalhos contemplam o sequenciamento de genomas, integração de metabolômica e genômica, a automação de culturas microbianas e monitoramento do metabolismo utilizando metabolômica. O presente projeto prevê a expansão destas abordagens, com a incorporação de plataformas de biossíntese de candidatos obtidos das etapas de mineração e predição, como complemento chave aos métodos de controle de culturas microbianas. (AU)