Desvendando a Diversidade Genômica dos Actinomycetia

Actinomycetia é uma classe de bactérias que tem um papel importante em vários ambientes, como solo e diferentes hospedeiros. Essas bactérias crescem de forma filamentosa e têm uma biologia complexa, o que torna o estudo delas no laboratório bem complicado. Ao longo do último século, os cientistas têm se interessado bastante por Actinomycetia porque elas são a fonte de muitos medicamentos importantes, como antibióticos e remédios anticâncer.

#Importância do Actinomycetia

Muitos medicamentos valiosos, incluindo antibióticos bem conhecidos como tetraciclina e eritromicina, vêm diretamente ou são derivados desse grupo de bactérias. Elas também produzem imunossupressores, inseticidas e até conservantes para alimentos. Os produtos naturais que essas bactérias produzem são, muitas vezes, moléculas complexas que são cruciais para diversas aplicações em saúde e agricultura.

#Produtos Naturais e Clusters Genéticos Biossintéticos

A produção desses produtos naturais é controlada por conjuntos específicos de genes conhecidos como Clusters de Genes Biossintéticos (BGCs). Esses clusters ajudam as bactérias a fazer moléculas complexas a partir de outras mais simples. Além de produzir esses químicos úteis, os BGCs também têm genes que ajudam a regular o processo e proteger as bactérias das substâncias que elas mesmas produzem.

#Pesquisa Genômica

Para encontrar e estudar esses produtos naturais, os cientistas desenvolveram ferramentas que analisam os genomas bacterianos em busca desses BGCs. Uma dessas ferramentas é o antiSMASH, que ajuda a identificar potenciais BGCs e compará-los a caminhos conhecidos para prever que tipo de compostos podem ser produzidos. Identificar BGCs completos é essencial, já que sequências fragmentadas podem levar a um entendimento incompleto das capacidades das bactérias.

#Características Únicas dos Genomas de Actinomycetia

A maioria das bactérias tem um único cromossomo circular, mas Actinomycetia, especialmente o gênero Streptomyces, geralmente tem genomas grandes e lineares. As extremidades desses cromossomos lineares têm estruturas especiais chamadas repetições invertidas terminais (TIRs). As TIRs podem ser bem longas e podem ter um papel na maneira como as bactérias produzem compostos.

Essas TIRs apresentam um desafio para os pesquisadores, pois a natureza repetitiva torna difícil montar o genoma com precisão. Coletar dados de boa qualidade é fundamental para identificar corretamente a estrutura dos genomas e entender suas funções.

#Avanços na Tecnologia de Sequenciamento

No passado, o alto conteúdo de GC em muitas espécies de Actinomycetia dificultava o sequenciamento de seus genomas. No entanto, novas tecnologias, como o sequenciamento por nanoporo, diminuíram esse problema. Genomas completos podem agora ser obtidos, mas ainda não existem recursos suficientes disponíveis para cobrir a diversidade global dessas bactérias.

Estudos colaborativos recentes destacaram que lacunas em recursos genômicos de alta qualidade limitam nosso entendimento dessas bactérias e dificultam o desenvolvimento de novos compostos.

#Sequenciamento de Novas Cepas

Nesse estudo, 1.034 cepas de Actinomycetia foram sequenciadas. Dessas, 881 cepas tinham genomas completos, enquanto 153 tinham genomas quase completos. A pesquisa incluiu a análise das relações genéticas, organização do genoma e o conteúdo de BGCs para descobrir BGCs potencialmente novos usando esse extenso conjunto de dados.

#Métodos para Isolar Cepas

Para coletar essas cepas, amostras de solo foram coletadas, e actinobactérias foram isoladas usando métodos de crescimento específicos. Após a isolação, as cepas foram cultivadas em laboratório e o DNA foi extraído para sequenciamento. Usando tecnologias de sequenciamento Illumina e Nanopore, foram produzidos dados genômicos de alta qualidade para essas cepas.

#Montagem e Análise dos Genomas

Após o sequenciamento, várias ferramentas de software foram usadas para montar e analisar os genomas. As sequências foram polidas para garantir precisão, e quaisquer problemas de montagem foram verificados manualmente. Esse processo minucioso foi feito para garantir que os dados do genoma refletissem com precisão as estruturas genéticas reais das bactérias.

#Qualidade e Diversidade do Genoma

Os genomas montados mostraram uma ampla variedade de tamanhos e conteúdos de GC. As cepas variaram significativamente no número de genes codificadores de proteínas e outras características genéticas. A análise também destacou quantos genes conservados estavam presentes nos genomas, indicando um alto nível de qualidade nos esforços de sequenciamento.

#Atribuições Taxonômicas

Análises adicionais revelaram que o conjunto de dados incluía muitas espécies previamente desconhecidas. As atribuições taxonômicas mostraram que os genomas estavam distribuídos entre vários gêneros, com um número significativo ligado ao gênero Streptomyces. Os dados indicaram que muitas dessas cepas recém-sequenciadas poderiam representar espécies novas.

#Clusters de Genes Biossintéticos Especializados

Entre as cepas sequenciadas, foi identificada uma rica diversidade de clusters de genes biossintéticos, sugerindo um alto potencial para descobrir novos compostos. A análise desses metabólitos especializados revelou que diferentes tipos de BGCs estavam associados a várias funções nas bactérias.

#Distribuição dos BGCs

A colocação dos BGCs ao longo do cromossomo não era aleatória. Muitos BGCs foram encontrados perto das extremidades dos cromossomos lineares, refletindo um padrão consistente. Tipos específicos de BGCs mostraram distribuições distintas, indicando seus papéis na biologia dessas bactérias.

#Conclusão

Esse estudo abrangente destaca o diversificado panorama genômico de Actinomycetia, mostrando o potencial para descobrir novos caminhos biossintéticos e compostos. Os recursos genômicos de alta qualidade gerados podem ser utilizados para pesquisas futuras visando entender os papéis biológicos dessas bactérias e suas contribuições para a medicina e agricultura. Ao melhorar nosso conhecimento sobre esses organismos, podemos desbloquear novas oportunidades para inovação em várias áreas.