Desenvolvimento de uma ferramenta gráfica de bioinformática para a demarcação de níveis taxonômicos virais

• Processo: 23/17992-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2024
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Microbiologia - Biologia e Fisiologia dos Microorganismos
• Pesquisador responsável: Arthur Gruber
• Beneficiário: Igor Custodio dos Santos
• Instituição Sede: Instituto de Ciências Biomédicas (ICB). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Biologia computacional Distância genética Virologia
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: bioinformática | Distância genética | Programação em Python | Similaridade de estruturas 3D | Similaridade de sequências | Taxonomia viral | Virologia

Resumo

Vírus apresentam uma diversidade muito maior do que a observada em organismos celulares. A clássica classificação proposta por David Baltimore há mais de 50 anos foi baseada nas rotas de transmissão da informação dos genomas virais e a despeito do enorme avanço do conhecimento, essa classificação até hoje representa um importante fundamento conceitual. Contudo, a taxonomia de vírus ainda é bem desorganizada, com regras de atribuição taxonômica muitas vezes baseada em critérios diferentes e inconsistentes entre os diferentes grupos de vírus. Somente em 2023, o International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) decidiu acabar com a utilização do sistema baseado em morfologia de fagos e criar uma classificação hierárquica com 15 níveis taxonômicos. Dado o enorme avanço no sequenciamento de genomas virais, especialmente a partir de amostras metagenômicas, tornou-se fundamental o desenvolvimento de ferramentas para a classificação taxonômica de sequências virais. Atualmente, já existe um conjunto relativamente grande de aplicativos com diferentes abordagens metodológicas, os quais permitem classificar os vírus em níveis taxonômicos mais especializados como espécies, gêneros e famílias. O grande desafio, contudo, permanece sendo a classificação de níveis taxonômicos mais basais como ordem, classe, filo e reino, quando um vírus não se enquadra nos níveis mais especializados. Para as categorias mais basais, uma promissora metodologia é a análise de compartilhamento de domínios estruturais das proteínas, visto que ao longo da evolução, as proteínas podem conservar seus domínios funcionais por meio de estruturas 3D preservadas, ainda que as sequências primárias sejam muito divergentes. O desenvolvimento de uma ferramenta simples e integrada, utilizando diferentes métricas e com saída gráfica do tipo heatmap seria muito útil para a visualização rápida de grupos virais. A utilização de diferentes métricas de distância como a nucleotídica, proteica, de máxima verossimilhança (baseada em modelo evolutivo) e de distância estrutural, todas integradas em uma ferramenta única, é totalmente inédita e pode representar uma importante contribuição para a comunidade científica de virologia, visando a demarcação de classes taxonômicas e classificação de vírus. Neste projeto, objetivamos desenvolver esta ferramenta integrada para a análise e visualização gráfica de distâncias de dados de sequências biológicas e estruturas 3D de proteínas, visando a demarcação de níveis taxonômicos virais. Pretendemos validar esta ferramenta usando dados de genomas de vírus de dsRNA das famílias Totiviridae e Amalgaviridae, e de bacteriófagos da classe Caudoviricetes.