A Metagenómica Ajuda a Revelar Mecanismos Patogénicos Microbianos

Metagenómica é uma nova geração de tecnologia de sequenciação de alto rendimento (NGS) que tem como objeto de pesquisa o genoma da população microbiana em um ambiente específico. Com base na análise da diversidade microbiana, estrutura populacional e relação evolutiva, pode explorar ainda mais a atividade funcional da população microbiana, a relação entre a colaboração mútua e o ambiente, e investigar o potencial significado biológico.

Metagenómica para estudar a patogénese de doenças infeciosas

A infeção é uma das principais causas de morte em pacientes gravemente doentes. Nos últimos anos, com o surgimento de novos patógenos resistentes a medicamentos e o aumento gradual da população imunossuprimida, a taxa de incidência e a mortalidade por infeção permanecem elevadas. A infeção do trato respiratório é um dos tipos mais comuns de infeção na prática clínica, caracterizando-se tipicamente por início agudo, progressão rápida e composição complexa de patógenos. A forma de identificar o patógeno num curto espaço de tempo é a chave para a deteção e tratamento precoces das infeções respiratórias. Recentemente, investigadores analisaram e mineraram mais de 1000 dados de diagnóstico de sequenciação de metagenoma clínico de alto rendimento gerados pela plataforma local do hospital Zhongshan. Os resultados mostraram que o líquido de lavagem alveolar era o melhor tipo de amostra para a deteção por sequenciação de alto rendimento de patógenos do trato respiratório, e o tecido pulmonar e o escarro podiam ser selecionados como amostras quando se suspeitava de infeção por Mycobacterium tuberculosis; o estado imunológico do hospedeiro também é um dos fatores que afetam a estrutura da microbiota respiratória, e a proporção de deteção do vírus herpes é maior em hospedeiros imunocomprometidos. Por fim, o estudo confirmou mais uma vez que a definição de diferentes padrões de limiar de diagnóstico bioinformático para diferentes patógenos pode identificar eficazmente patógenos patogénicos em amostras respiratórias, melhorar a utilização de dados e fornecer soluções eficazes para a análise automatizada clínica.

O desempenho de deteção do mNGS em diferentes patógenos e amostras, bem como a comparação das taxas de positividade com a cultura tradicional.

Distribuição microbiana em diferentes populações de pacientes

O sequenciamento metagenómico revela mecanismos patogénicos de patógenos.

Os microrganismos cultiváveis em endófitos de plantas são muito limitados. A metagenómica é um dos meios eficazes para estudar endófitos de plantas. A pesquisa sobre o metagenoma de endófitos de plantas, através do método de pesquisa de metagenómica que não depende de cultura pura, permite-nos construir uma biblioteca de metagenoma de endófitos de plantas e fazer uma triagem direta desta biblioteca para obter clusters de genes biossintéticos, identificar suas funções, realizar análises qualitativas e quantitativas de endófitos de plantas e fornecer evidências diretas para a origem de microrganismos vegetais. Alguns solos apresentam funções significativas de inibição de doenças de patógenos vegetais, principalmente atribuídas ao microbioma relacionado às plantas. Microrganismos que vivem dentro das plantas podem promover o crescimento e a saúde das plantas, mas sua diversidade genómica e funcional permanece em grande parte elusiva. Para entender a função inibitória de doenças de bactérias endofíticas que vivem nos tecidos radiculares das plantas, o autor realizou uma análise de sequenciamento metagenómico nas raízes de plântulas de beterraba açucareira cultivadas em solo inibidor de doenças. A comunidade microbiana e a composição funcional relacionada à supressão de doenças foram identificadas para distinguir quais clusters de genes biossintéticos (BGCs) foram regulados positivamente durante a infecção, e então a flora endofítica foi recombinada; finalmente, foi realizada uma análise de mutagénese específica do local para determinar se BGCs específicos desempenham um papel importante no processo de supressão de doenças. Na segunda fase da invasão de patógenos nas raízes das plantas, as bactérias endofíticas podem fornecer uma camada de proteção adicional. Quando os patógenos invadem, membros das famílias Chitinophagaceae e Flavobacterium acumulam-se nas plantas e exibem atividade enzimática aumentada relacionada à degradação da parede celular fúngica, bem como biossíntese de metabolitos secundários codificados por NRPSs e PKSs. Após reassemblar 25 genomas bacterianos usando sequências metagenómicas (de novo), uma comunidade sintética (syncom) de flavobactérias e bactérias quitinofágicas pode ser reconstruída, proporcionando proteção contra doenças. Os resultados deste estudo destacam as abundantes comunidades microbianas desconhecidas e características funcionais no microbioma endofítico. A categoria e a função das comunidades microbianas foram determinadas com sucesso usando análise metagenómica e inferência de rede, obtendo assim fenótipos de plantas relacionados a grupos microbianos específicos.

Mudanças induzidas por patógenos na diversidade e funções do microbioma endofítico.

Diversidade e distribuição de clusters de genes biossintéticos no microbioma endofítico

Análise Genómica Comparativa de Genomas de Xanthobacterium Sequenciados e Genomas de Montagem Macrogenómica (MAG)

A metagenómica, que utiliza a nova geração de sequenciação de alto débito (NGS) para estudar o genoma da população microbiana em um ambiente específico, pode explorar ainda mais a atividade funcional da população microbiana, a relação de cooperação mútua e a relação com o ambiente, além de investigar o potencial significado biológico com base na análise da diversidade microbiana, estrutura populacional e relação evolutiva.

Referências:

1. Carrión, Víctor J. et al."Ativação induzida por patógenos de funções supressoras de doenças no microbioma endofítico das raízes." Ciência (Nova Iorque, N.Y.) vol. 366,6465 (2019): 606-612.
2. Zeng, Qingchao et al."Análises genómicas e funcionais comparativas de quatro genomas sequenciados de Bacillus cereus revelam a conservação de genes relevantes para características de promoção do crescimento das plantas." Relatórios científicos vol. 8,1 17009. 19 Nov. 2018.