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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: 19/05026-4
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Apoio a Jovens Pesquisadores
Vigência (Início): 01 de março de 2019
Vigência (Término): 28 de fevereiro de 2021
Área do conhecimento:Interdisciplinar
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
Vinculado ao auxílio:17/18922-2 - 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, AP.JP
Assunto(s):Biologia computacional   Metabolômica   Metagenômica

Resumo

A evolução no volume de dados gerados nos experimentos modernos de ciências ômicas temsuscitado o desenvolvimento de novos métodos analíticos para explorar conjuntos complexos dedados multidimensionais. Ao mesmo tempo que os novos experimentos disponíveis apresentamdesafios conceituais, a recente disponibilidade de um grande número de dados experimentaispúblicos fornece pela primeira vez a oportunidade de aplicar as tecnologias desenvolvidas emoutros campos para o manejo de megadados (Big Data). Esta possibilidade vem de encontro àdemanda nacional por uma plataforma comunitária para análise e gerenciamento de grandesconjuntos de dados, explorando o potencial da biodiversidade brasileira para a descoberta deprodutos naturais com aplicações farmacêuticas. Estima-se que 60% de todos os medicamentosatualmente registrados tenham um produto natural envolvido no seu desenvolvimento e que abiodiversidade brasileira corresponda a cerca de 20% da biodiversidade mundial. Análises baseadasem 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 nãopodiam ser observadas com a profundidade e detalhamento com que os sistemas eram analisadosanteriormente. Recentemente diversos métodos de predição de vias biossintéticas de produtosnaturais foram automatizados e se tornaram disponíveis publicamente. A validação em larga escaladessas predições foi demonstrada através da aplicação da metabolômica não-direcionada combinadaa superexpressão em larga escala de proteínas e utilização de lisados celulares para a descoberta denovas atividades enzimáticas e novas estruturas de metabólitos. Esta abordagem é relativamentesimples e de baixo custo, e apresenta um grande potencial biotecnológico. Dentro deste contexto, opresente projeto tem por objetivo a extensão de uma instância da plataforma Galaxy para análise deexperimentos de ciências ômicas. O fluxo de análises contará com módulos originais paraotimização da detecção de íons em experimentos de metabolômica não direcionada, pareando adescoberta de vias biossintéticas e novas estruturas de produtos naturais. Essa infraestrutura seráutilizada para suportar colaborações estratégicas implementando uma plataforma de expressãoheteróloga em microrganismos. Para potencializar o uso comunitário da plataforma, explorando ouso de análises de estatística multivariada aplicadas para diferentes sistemas biológicos a presenteproposta prevê a integração a dois Projetos Temáticos da FAPESP ligados ao Biota. Um delesfornecendo suporte em espectrometria de massas, coordenado pelo Prof. Dr. Norberto PeporineLopes 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 umainteração com o Projeto do Programa SPEC da FAPESP coordenado pelo Prof. Dr. Jonathan JamesLloyd que visa um estudo de grande amostragem experimental sobre o Bioma negligenciado daCaatinga. Essas interações permitirão um acesso a uma diversa coleção de megadados que somadasaos experimentos aqui propostos serão utilizadas para validar uma plataforma integrando recursosdigitais em múltiplas camadas. Esta abordagem introduz um manejo racional de hardware e aimplementação flexível de software sob demanda que deverá criar uma nova linha de pesquisa quebeneficiará a estrutura de pesquisa da Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto(FCFRP-USP).