Aplicação de abordagens bioinformáticas no estudo da estrutura populacional de Trypanosoma cruzi

• Autor(a) principal: Rodrigo de Paula Baptista
• Data de Publicação: 2014
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9ZWJLV
• topic: Bioinformática; Chagas, Doença de; Bioinformática; Genética de populações; Trypanosoma cruzi

A doença de Chagas, causada pelo protozoário Trypanosoma cruzi, apresenta diferentes manifestações clínicas, resultantes de uma interação complexa entre fatores ambientais e genéticos tanto do hospedeiro quanto do parasito. Com relação aos fatores genéticos do parasito, uma variedade de estudos biológicos e moleculares revelou uma substancial variabilidade gênica entre populações de T. cruzi. De fato, em 2009, O táxon T. cruzi foi subdividido em seis linhagens ou DTUs principais (TcI-VI). Os aspectos epidemiológicos associados às diferentes linhagens ainda não estão bem definidos, mas já há evidências de associação, pelo menos parcial, com a distribuição geográfica, ciclos de transmissão e aspectos clínicos da doença. Todavia vários aspectos da estrutura populacional do parasito ainda necessitam esclarecimentos. Por exemplo, o modo de reprodução, a origem das seis linhagens e as relações com os seus aspectos epidemiológicos. No presente trabalho procurou-se desenvolver ou aperfeiçoar procedimentos moleculares, e computacionais que permitissem investigar e dissecar a complexidade da estrutura populacional de T. cruzi. Para tanto, foram propostos os seguintes objetivos (i) investigar a estratégia de reprodução do T. cruzi; (ii) buscar novas metodologias de caracterização molecular capazes de diferenciar as diferentes linhagens de T. cruzi em futuros ensaios multiplex de PCR; (iii) sequenciar o genoma de uma linhagem ainda não disponível nos bancos de dados públicos e realizar uma analise comparativa com seus dados genômicos a fim de resolver a origem ancestral das seis linhagens filogenéticas propostas; (iv) e, por fim, desenvolver uma metodologia computacional de agrupamento capaz de reconhecer padrões responsáveis pela divisão das linhagens e gerar regiões candidatas para o desenho de iniciadores para novos ensaios de caracterização molecular. Baseados em marcadores nucleares e mitocondriais e em parâmetros de genética populacional, analisamos dois grupos de isolados de T. cruzi: um proveniente diferentes regiões da América Latina e outros obtidos exclusivamente de pacientes do Estado de Minas Gerais. Nossos resultados, ao contrário daqueles majoritariamente encontrados na literatura, não suportam uma estrutura de população essencialmente clonal para T. cruzi, ao menos para TcII coexistindo em uma mesma área geográfica, sugerindo que as trocas genéticas entre cepas estreitamente relacionadas geograficamente são mais frequentes do que inicialmente esperado. Baseado na técnica de caracterização alelo específica BI-PASA, nós selecionamos uma variação no gene NAD desidrogenase subunidade I (ND1) de T. cruzi, e nossos resultados demostraram que esta metodologia foi eficaz, sendo rápida e mais barata, tornando-se uma boa candidata a ser utilizada em futuros ensaios de caracterização destes haplótipos. O genoma do clone da cepa 231 pertencente à linhagem TcIII foi sequenciado e para a montagem foi desenvolvida uma abordagem de montagem combinada de diferentes metodologias capaz de melhorar a acurácia da montagem deste genoma de conteúdo altamente repetitivo. Posteriormente, nós realizamos uma análise comparativa entre o genoma da cepa 231 montado e os demais disponíveis em bancos de dados e selecionamos genes altamente conservados, que foram utilizados em análises filogenéticas. Os resultados obtidos apontam para uma nova hipótese de origem das seis linhagens filogenéticas de T. cruzi e nos permitiram concluir que a linhagem TcIII, diferentemente do que foi proposto por diversos trabalhos, não é uma linhagem híbrida. Sequências gênicas codificadoras de proteínas altamente repetivivas e variáveis, como a amastina, de diferentes linhagens do parasito foram analisadas em um script criado por nosso grupo baseado em decomposição de valores singulares e K-means juntamente com uma análise de regressão logística, resultando na geração de regiões candidatas responsáveis pela divisão destas sequências em grupos, que foram similares à divisão filogenética esperada. Esta metodologia poderá ser aplicada futuramente a outros grupos gênicos para elaboração de novas metodologias de caracterização molecular. As metodologias desenvolvidas e os resultados obtidos neste trabalho contribuem para um melhor entendimento da complexidade da estrutura populacional de T. cruzi.