Desvendando as relações arquitetura/função de promotores bacterianos complexos utilizando abordagens de biologia sintética

Autor(es)

Lummy Maria Oliveira Monteiro

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Ribeirão Preto.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto (PCARP/BC)
• Data de defesa: 2020-11-27

Membros da banca

Rafael Silva Rocha; Fausto Bruno dos Reis Almeida; Daniele Biscaro Pedrolli; Ricardo Roberto da Silva

• Orientador: Rafael Silva Rocha

Resumo

A regulação gênica tem sido estudada extensivamente, no entanto, a complexidade dos mecanismos regulatórios ainda permanece desconhecida. Entender os mecanismos da regulação gênica é importante não apenas para desvendar a complexidade de um organismo, mas para postular novas regras, caracterizar novas partes biológicas e então permitir novos designs de circuitos biológicos, por exemplo. Uma possível estratégia para desvendar os mecanismos de ação e complexidade dos promotores bacterianos seria combinar o conhecimento da regulação gênica com o uso de abordagens da biologia sintética e da bioinformática, que, por sua vez, permitem projetar e construir novas funções em sistemas biológicos. O progresso na biologia sintética é frequentemente possibilitado por poderosas ferramentas de bioinformática que permitem a integração das fases de design, construção e teste do ciclo de engenharia biológica. Consequentemente, o desenvolvimento de novas ferramentas de bioinformática é útil e importante para os cientistas que trabalham para estender ou modificar o comportamento dos organismos e projetá-los para realizar novas tarefas. Nesse contexto, a presente tese descreveu (i) a existência de propriedades emergentes em promotores sintéticos complexos em Escherichia coli, que poderiam ser extrapoladas para sistemas regulatórios de ocorrência natural e impactariam significativamente a engenharia de circuitos biológicos sintéticos em bactérias. Em resumo, esses dados demonstram como pequenas mudanças na arquitetura dos promotores bacterianos podem resultar em mudanças drásticas na lógica regulatória final do sistema, com implicações importantes na compreensão de promotores complexos naturais em bactérias e sua engenharia para novas aplicações; (ii) o mecanismo de reconhecimento do indutor de dois reguladores AraC/XylS de Pseudomonas putida (BenR e XylS) para a criação de um novo sistema de expressão responsivo ao ácido acetil salicílico (aspirina). Usando homologia de proteínas e docking molecular com o indutor benzoato e um conjunto de análogos químicos, identificamos o sítio de ligação conservado dessas duas proteínas. Como resultado, uma coleção de fatores de transcrição (TFs) engenheirados foram gerados com respostas aprimoradas a uma molécula bem caracterizada e amplamente inócua com um potencial para induzir a expressão heteróloga de genes bacterianos em animais; (iii) a complexidade dos fatores de transcrição em comunidades microbianas ambientais. Criamos um banco de dados de fatores de transcrição bacteriano (BacTFDB) que foi usado para treinar um modelo de Machine Learning para prever novos TFs e suas famílias em amostras metagenômicas e metranscriptômicas (PredicTF). PredicTF fornece a primeira ferramenta para traçar o perfil de TFs em bactérias ainda a serem cultivadas e abre o potencial para avaliar redes regulatórias em comunidades microbianas complexas. PredicTF é um pipeline de código aberto flexível capaz de prever e anotar TFs em genomas e metagenomas. PredicTF está disponível em https://github.com/mdsufz/PredicTF. (AU)

• Processo FAPESP: 16/19179-9 - Desvendando as relações arquitetura/função de promotores bacterianos complexos utilizando abordagens de biologia sintética
• Beneficiário: Lummy Maria Oliveira Monteiro
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado