Cracking the code: exploring the virome of the marine sponge Spongia officinalis

• Autor(a) principal: Bica, Bernardo José Costa
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.1/20416
• topic: Spongia ofiicinalis; Esponja; Marinha; Fago; Vírus; Viroma; Simbiose; Bactéria; Metagenómica; Bioinformática; Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Outras Ciências Naturais

Os vírus estabelecem um vasto conjunto de interações com o mundo vivo e químico no oceano, com grande impacto nos ciclos biogeoquímicos. Estas entidades biológicas podem estabelecer complexas interações com as comunidades microbianas, com estratégias para manipular genoma do hospedeiro no sentido de reconduzir os recursos energéticos para a formação de mais vírus, ou ser o próprio vírus a contribuir com um reportório genético que poderá auxiliar, por exemplo, na produção de energia ou obtenção de um nutriente. As esponjas marinhas alojam complexas comunidades microbiológicas com um grande interesse ecológico, evolutivo e metabólico. Os vírus, apesar de demonstrarem grande potencial na mediação da resposta imunitária da esponja e na estruturação da comunidade bacteriana simbionte, são ainda pouco estudados neste contexto. Este trabalho explora as comunidades virais da esponja marinha Spongia officinalis, a partir de dados metagenómicos obtidos por sequenciação em Hiseq Illumina. Após o passo de verificação da qualidade das sequências, estas foram assembladas e feita a previsão dos contigs virais, que foram anotados taxonomicamente e funcionalmente com o recurso a ferramentas bioinformáticas. Os dados obtidos foram manipulados e visualizados através de software específico ou do RStudio. As operações efetuadas ao longo do trabalho foram adaptadas para um pacote do R e integradas numa aplicação nomeada de MetaViral, de forma a tornar o trabalho mais reprodutível e acessível. As abundâncias relativas de diferentes níveis taxonómicos e os índices de diversidade ecológica calculados revelaram algumas diferenças entre os viromas presentes na S. officinalis e na água do mar. As amostras da esponja apresentaram uma diversidade maior para a generalidade dos índices e ainda abundâncias relativas comparáveis para a grande maioria dos grupos taxonómicos. Foram verificadas mais diferenças para vírus pertencentes à família Siphoviridae, Myoviridae e Podoviridae. Este contraste foi confirmado por análise estatística multivariada, onde se pode observar o agrupamento de amostras pertencentes ao mesmo bioma. Foram criadas redes neuronais e identificados os grupos virais únicos para cada bioma, assim como atribuição de um domínio. O perfil funcional das comunidades revelou uma menor carga genética viral para as amostras da S. officinalis. Verificou-se a presença de mais previsões funcionais relacionadas com integrases e ABC transporters nas amostras de esponja, o que pode estar relacionado com uma preferência pelo ciclo viral lisogénico. A ausência de correspondências com proteínas relacionas com compostos de ferro levanta questões sobre a obtenção deste micronutriente por parte dos simbiontes bacterianos e de como esta carência funcional pode justificar vias alternativas de disponibilidade e obtenção do ferro onde os vírus associados ao microbioma simbionte da esponja podem ter um papel facilitador, de remineralização do micronutriente, ou oportunista como estratégia de entrada na parede celular por incorporação de compostos de ferro na cauda viral. Duas enzimas, dTDP-4-dehydrorhamnose 3,5-epimerase e a provável UDP-N acetylglucosamine pyrophosphorylase, com correspondências apenas encontradas nas amostras de esponja, sugerem a existência de uma via metabólica alternativa relacionada com a biossíntese da rhamnose. Ao nível das polimerases, duas foram exclusivamente encontradas em amostras de vírus associados à esponja, sigma-70 factor region 4 and RNA polymerase sigma-G factor. Estas polimerases podem estar envolvidas em sistemas de reconhecimento do genoma bacteriano mais específicos, revelando uma especiação que não está presente nas partículas virais livres. Estas diferenças realçam o potencial papel que os vírus podem ter enquanto membros do viroma da S. officinalis, podendo estar envolvidos em diversos processos metabólicos e de troca genética com as comunidades simbiontes bacterianas.