Evolution of genome sequencing techniques

The quality and the speed for genome sequencing has advanced at the same time that technology boundaries are stretched. This advancement has been divided so far in three generations. The first-generation methods enabled sequencing of clonal DNA populations. The second-generation massively increased throughput by parallelizing many reactions while the third-generation methods allow direct sequencing of single DNA molecules. The first techniques to sequence DNA were not developed until the mid-1970s, when two distinct sequencing methods were developed almost simultaneously, one by Alan Maxam and Walter Gilbert, and the other one by Frederick Sanger. The first one is a chemical method to cleave DNA at specific points and the second one uses ddNTPs, which synthesizes a copy from the DNA chain template. Nevertheless, both methods generate fragments of varying lengths that are further electrophoresed. Moreover, it is important to say that until the 1990s, the sequencing of DNA was relatively expensive and it was seen as a long process. Besides, using radiolabeled nucleotides also compounded the problem through safety concerns and prevented the automation. Some advancements within the first generation include the replacement of radioactive labels by fluorescent labeled ddNTPs and cycle sequencing with thermostable DNA polymerase, which allows automation and signal amplification, making the process cheaper, safer and faster. Another method is Pyrosequencing, which is based on the “sequencing by synthesis” principle. It differs from Sanger sequencing, in that it relies on the detection of pyrophosphate release on nucleotide incorporation. By the end of the last millennia, parallelization of this method started the Next Generation Sequencing (NGS) with 454 as the first of many methods that can process multiple samples, calling it the 2º generation sequencing. Here electrophoresis was completely eliminated. One of the methods that is sometimes used is SOLiD, based on sequencing by ligation of fluorescently dye-labeled di-base probes which competes to ligate to the sequencing primer. Specificity of the di-base probe is achieved by interrogating every 1st and 2nd base in each ligation reaction. The widely used Solexa/Illumina method uses modified dNTPs containing so called “reversible terminators” which blocks further polymerization. The terminator also contains a fluorescent label, which can be detected by a camera. Now, the previous step towards the third generation was in charge of Ion Torrent, who developed a technique that is based in a method of “sequencing-by-synthesis”. Its main feature is the detection of hydrogen ions that are released during base incorporation. Likewise, the third generation takes into account nanotechnology advancements for the processing of unique DNA molecules to a real time synthesis sequencing system like PacBio; and finally, the NANOPORE, projected since 1995, also uses Nano-sensors forming channels obtained from bacteria that conducts the sample to a sensor that allows the detection of each nucleotide residue in the DNA strand. The advancements in terms of technology that we have nowadays have been so quick, that it makes wonder: ¿How do we imagine the next generation?

Marcadores moleculares específicos de candida parapsilosis

A través de estudios genómicos comparamos locus que por sintenia parecen ser regiones prometedoras para el desarrollo de marcadores moleculares específicos de Candida parapsilosis, una levadura oportunista cuya incidencia va aumentando y que ha registrado altas tasas de morbilidad y mortalidad a nivel mundial. C. parapsilosis junto a C. orthopsilosis y C. metapsilosis comprenden un grupo de estrecha filogenia pero diferente virulencia denominado complejo parapsilosis. A pesar de su importancia como patógenos emergentes las técnicas de identificación microbiológicas y moleculares se han visto limitadas no sólo entre el complejo, sino además entre otras especies de importancia médica como lo son C. guillermondi, C. lusitaniae y C. glabrata. Gracias a la disponibilidad de secuencias genómicas y mediante programas bioinformáticos de alta capacidad como Geneious, Symap y prfectBLAST, comparamos los genomas completos de C. albicans, C. parapsilosis y C. orthopsilosis; ubicando bloques colineales sinténicos y analizando una de las familias génicas de proteasas, encontramos eventos de expansión de genes en C. parapsilosis y C. orthopsilosis Para cada una de estas duplicaciones se diseñaron sondas específicas, obteniendo así 9 diferentes marcadores moleculares; dos de estos han sido utilizados para la identificación de dos de las tres especies que conforman el complejo parapsilosis: C. parapsilosis y C. orthopsilosis. Los oligonucleótidos fueron denominados 420 y 830 con amplicones de 1000 y 900pb respectivamente. Además de ser validados en cepas ATCC, ha sido probados en 35 aislados clínicos que fueron identificados de la siguiente manera; 19 cepas como C. parapsilosis, 1 cepa como C. orthopsilosis, mientras que las 15 cepas restantes mostraron alta similitud con C. glabrata, C. guillermondi y C. lusitaniae al ser identificadas mediante secuenciación del fragmento ITS1 e ITS2 de la secuencia de DNA ribosomal 18S.

Genes found in partial sequencing od Phytophthora cinnamomi

Members of the oomycete cause extensive losses in agriculture and widespread degradation in natural plant communities, being responsible for the death of thousands of trees every year. Two of the representative species are Phytophthora infestans, which causes late blight of potato, and Phytophthora cinnamomi, which causes chestnut ink disease, responsible for losses on sweet chestnut production in Europe. Genome sequencing efforts have been focused on the study of three species: P. infestans, P. sojae and P. ramorum. Phytophthora infestans has been developed as the model specie for the genus, possessing excellent genetic and genomics resources including genetic maps, BAC libraries, and EST sequences. Our research team is trying to sequence the genome of P. cinnamomi in order to gain a better understanding of this oomycete, to study changes in plant-pathogen relationships including those resulting from climate change and trying to decrease the pathogen’s impact on crops and plants in natural ecosystems worldwide. We present here a preliminary report of partially sequenced genomic DNA from P. cinnamomi encoding putative protein-coding sequences and tRNAs. Database analysis reveals the presence of genes conserved in oomycetes.

Degradación bacteriana de cianuro y compuestos nitrogenados tóxicos

La ruta de asimilación de cianuro en P. pseudoalcaligenes CECT5344 transcurre a través de un nitrilo formado por la reacción química del cianuro con el oxalacetato, siendo este último acumulado como consecuencia de la acción conjunta de una malato:quinona oxidoreductasa (MQO) y la oxidasa terminal resistente a cianuro (CioAB) (Luque-Almagro et al., 2011b). Los nitrilos pueden ser convertidos en amonio por la acción de una nitrilasa o un sistema nitrilo hidratasa/amidasa. Con el objetivo de elucidar la ruta de asimilación de cianuro en P. pseudoalcalígenes CECT5344, se ha analizado el proteoma de este microorganismo en condiciones cianotróficas frente a nitrato como fuente de nitrógeno como control. En este estudio se identificaron proteínas relacionadas con la ruta de asimilación de cianuro en la estirpe CECT5344, que aparecían inducidas por cianuro, como NitB y NitG, cuyos genes se encuentran localizados en la agrupación génica nit1C. Además de NitB y NitG, de función desconocida, la agrupación génica nit1C codifica un regulador transcripcional del tipo Fis dependiente de σ54 (NitA), una nitrilasa (NitC), una proteína que pertenece a la superfamilia S-adenosilmetionina (NitD), un miembro de la superfamilia N-aciltransferasa (NitE), un polipéptido de la familia AIRS/GARS (NitF) y una oxidorreductasa dependiente de NADH (NitH). Un análisis transcripcional mediante RT-PCR determinó que los genes nitBCDEFGH se cotranscriben, mientras que el gen regulador nitA se transcribe de forma divergente. Además, resultados obtenidos por RT-PCR confirman que la expresión de los genes nitBCDEFGH está inducida por cianuro y reprimida por amonio. La relación entre el cianuro y el grupo de genes nit1C queda patente por el fenotipo de los mutantes deficientes nitA, nitB y nitC, incapaces de usar complejos cianuro-metálicos o 2-hidroxinitrilos como única fuente de nitrógeno. Todos estos datos indican que la nitrilasa NitC, junto con la proteína NitB, utilizan de forma específica determinados nitrilos alifáticos como sustrato, entre los que se encuentran el formado durante la asimilación de cianuro (Estepa et al., 2012). Además, entre las proteínas inducidas por cianuro se identificaron una dihidropicolinato sintasa (DapA), una fosfoserina transaminasa (SerC) y una proteína de función desconocida (Orf1), las tres codificadas por genes del operón cio, una cianasa (CynS), la proteína S6 de la subunidad ribosomal 30S (RpsF), una superóxido dismutasa (SodB), la ferritina (Dps), una oxidorreductasa (Fpr) y un factor de elongación P (EF-P). Una vez identificadas, estas proteínas se han analizado funcionalmente y se han localizado en el genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 los genes correspondientes, así como los genes adyacentes. La inducción de estas proteínas en condiciones cianotróficas sugiere que el metabolismo del cianuro incluye, además de la resistencia y asimilación de este tóxico, otros procesos biológicos relacionados con el metabolismo del cianato y de algunos aminoácidos, el estrés oxidativo y la homeostasis de hierro, entre otros. Por otra parte, el conocimiento en profundidad y la interpretación de la secuencia génica de P. pseudoalcaligenes CECT5344, así como el análisis comparativo frente a organismos no cianotrofos ha permitido entender algunos de los mecanismos implicados en la resistencia y asimilación de cianuro, lo que permitiría conducir a la posterior mejora del proceso de biodegradación de cianuro. Además, el estudio del genoma de la estirpe CECT5344 permitirá explorar la capacidad de este organismo para ser utilizado en procesos de biorremediación de residuos cianurados en los que se encuentran metales y otros tóxicos (Luque-Almagro et al., 2013; Wibberg et al., 2014). En este trabajo se muestran y discuten los resultados de la secuenciación del genoma de P. pseudoalcaligenes, así como el estudio del análisis filogenético y evolutivo de la cepa, estableciéndose de esta manera relaciones con otras especies en base a los genomas secuenciados de las mismas, entre las que destaca P. mendocina ymp relacionada con P. pseudoalcaligenes CECT5344. El estudio de las características del genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 ha sido completado con un análisis comparativo frente a los genomas de otras especies de Pseudomonas, encontrándose así semejanzas y diferencias en cuanto a la distribución génica funcional. Por último, se muestra un análisis del genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 en relación con los genes implicados probablemente en los procesos de asimilación de cianuro y residuos cianurados, tales como los codificantes de nitrilasas y aquellos implicados en la resistencia a cianuro como los constituyentes del operón cio que codifican la oxidasa terminal insensible a cianuro. Finalmente, se discute la presencia de genes implicados posiblemente en otros procesos con una alto potencial biotecnológico, tales como la producción de bioplásticos y la biodegradación de diversos contaminantes.

Ecogenômica de archaea e monitoramento de comunidades de procariotos redutores de sulfato: aplicações na indústria de petróleo e gás

The human activities responsible for the ambient degradation in the modern world are diverse. The industrial activities are preponderant in the question of the impact consequences for brazilian ecosystems. Amongst the human activities, the petroliferous industry in operation in Potiguar Petroliferous Basin (PPB) displays the constant risk of ambient impacts in the integrant cities, not only for the human populations and the environment, but also it reaches the native microorganisms of Caatinga ground and in the mangrove sediment. Not hindering, the elaboration of strategies of bioremediation for impacted areas pass through the knowledge of microbiota and its relations with the environment. Moreover, in the microorganism groups associated to oil, are emphasized the sulfate-reducing prokaryotes (SRP) that, in its anaerobic metabolism, these organisms participate of the sulfate reduction, discharging H2S, causing ambient risks and causing the corrosion of surfaces, as pipelines and tanks, resulting in damages for the industry. Some ancestries of PRS integrate the Archaea domain, group of microorganisms whose sequenced genomes present predominance of extremophilic adaptations, including surrounding with oil presence. This work has two correlated objectives: i) the detection and monitoring of the gene dsrB, gift in sulfate-reducing prokaryotes, through DGGE analysis in samples of mDNA of a mangrove sediment and semiarid soil, both in the BPP; ii) to relate genomic characteristics to the ecological aspects of Archaea through in silico studies, standing out the importance to the oil and gas industry. The results of the first work suggest that the petrodegraders communities of SRP persist after the contamination with oil in mangrove sediment and in semiarid soil. Comparing the populations of both sites, it reveals that there are variations in the size and composition during one year of experiments. In the second work, functional and structural factors are the probable cause to the pressure in maintenance of the conservation of the sequences in the multiple copies of the 16S rDNA gene. Is verified also the discrepancy established between total content GC and content GC of the same gene. Such results relating ribosomal genes and the ambient factors are important for metagenomic evaluations using PCR-DGGE. The knowledge of microbiota associated to the oil can contribute for a better destination of resources by the petroliferous industry and the development of bioremediation strategies. Likewise, search to lead to the best agreement of the performance of native microbiota in biogeochemical cycles in Potiguar Petroliferous Basin ecosystem

Análise do impacto da deleção do gene p94 (ac134) de autographa californica multiple nucleopolyhedovirus

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós Graduação em Biologia Molecular, 2015.