Publication
Identification and characterization of prophages in Bacteroides spp. isolates from children with type 1 diabetes
| datacite.subject.fos | Ciências Naturais::Ciências Biológicas | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Faleiro, Leonor | |
| dc.contributor.advisor | Duarte, Isabel | |
| dc.contributor.author | Santos, Pedro Miguel Viegas dos | |
| dc.date.accessioned | 2020-07-20T11:35:55Z | |
| dc.date.available | 2022-01-27T01:30:13Z | |
| dc.date.issued | 2020-01-27 | |
| dc.description.abstract | Identification and characterization of bacteriophages (phages) in gut microbiome (phageome) has been through the years a difficult task. Bacteriophages display the tools to modulate the bacterial populations in the gut through their abundance and diversity ultimately resulting in dysbiosis. The trigger that starts the metabolic cascade that leads to the onset of type 1 diabetes (T1D) may come via an ample source of biological identities, one of which can be the viral patterns in the bacterial communities. A tool that greatly facilitates the detection of prophages in bacterial genomes is the PHAge Search Tool Enhanced Release (PHASTER) that was used in this study to analyze the prophage patterns of 7 Bacteroides dorei strains and 1 Parabacteroides distasonis strain that were isolated from children with T1D and healthy Controls. In the current study 9 incomplete prophages (cryptic prophages) were identified and characterized in 7 B. dorei strains and in the P. distasonis strain. Prophage-like regions in Bacteroides isolates from T1D children carrying genes potentially impacting or triggering the autoimmunity attack of β-cells to the onset of T1D were identified. A coding gene for a DEAD/DEAH box helicase in B. dorei D8M1 genome and a DNA adenine methylase (dam) gene encountered in B. dorei D16P1 and D16M14 strains. To establish if stress conditions could trigger the lytic cycle, particularly the exposure of the bacterial strains to mitomycin C, ox-bile and hydrogen peroxide was evaluated. No phage induction was observed under the exposure to the tested inducers. The role of the intestinal virome in the development of T1D is scarce to provide answers for the autoimmune attack of β-cells, but the identification of the dam gene in B. dorei strains isolated from T1D children evidences that it will be important to dissect its role on the bacterial physiology and its impact on the seroconversion. | pt_PT |
| dc.description.abstract | A identificação e caracterização de bacteriófagos (fagos) no microbioma intestinal foi ao longo dos anos uma tarefa difícil, superada apenas pelos avanços em novas metodologias para o estudo de vírus, como sequenciação de próxima geração, metagenómica, proteómica e bioinformática. A abundância de bacteriófagos no intestino humano pode atingir números elevados, podendo ser considerada a maior concentração de uma entidade biológica no planeta, representando um dos maiores conjuntos genéticos não explorados no nosso planeta. A ferramenta bioinformática PHAge Search Tool Enhanced Release (PHASTER) facilita a deteção de fagos nos genomas bacterianos bem como permite uma rápida identificação e anotação de sequências de fagos nos genomas e plasmídeos bacterianos. Esta ferramenta fornece informações detalhadas sobre a localização genómica dos elementos do fago, a integridade do prófago previsto e suas proteínas componentes, permitindo uma fácil identificação e caracterização do prófago. A doença Diabetes mellitus tipo 1 (DT1), inicialmente designada por diabetes juvenil, é uma doença crónica imunomediada caracterizada pelo ataque autoimune de células β pancreáticas nas ilhotas de Langerhans. A destruição das células β causa hiperglicemia grave, levando a alta morbidade, e se não for diagnosticada em tempo útil, pode resultar numa morte prematura. Geralmente, esta doença é mais comum nos primeiros anos de vida, com metade dos casos em crianças com idade inferior a 15 anos. A prevalência desta doença na população mundial é de 1%, com estudos recentes apontando para um novo início de DT1 em pacientes com mais de 20 anos. A progressão inicial de DT1 pode ser definida em três etapas: aparecimento de autoanticorpos nas células β (soroconversão) (estágio 1); seguido pela perda de células β e hiperglicemia (estágio 2); e finalmente o estágio sintomático (estágio 3). Em crianças finlandesas com alto risco genético para desenvolver DT1, um aumento na população de B. dorei foi detetado 8 meses antes da seroconversão para o primeiro autoanticorpo de ilhota, sugerindo que mudanças precoces na microbiota bacteriana intestinal podem ser exploradas para a autoimunidade prevista para DT1. Os bacteriófagos apresentam meios para manipular o ambiente ecológico intestinal através de vários mecanismos que afetam a saúde do hospedeiro pelo ciclo fago-bacteriano-fago. Os fagos ajudam a manter o bacterioma intestinal normal através de sua simbiose estável, usando diferentes ferramentas, como transferência horizontal de genes, lisogenia e controle da competição, mas também podem alterar a homeostase bacteriana levando a uma disbiose. O iniciador da cascata metabólica para o ataque autoimune às células β pode vir de uma ampla fonte de identidades biológicas, onde as unidades virais nas comunidades bacterianas podem ser um deles. O principal objetivo do presente estudo foi elucidar os padrões de prófagos nos genomas de estirpes de B. dorei isoladas de crianças com DT1 e crianças saudáveis da região do Algarve. Outro objetivo foi analisar se a exposição a condições de stress poderiam desencadear o ciclo lítico do prófago, particularmente a exposição ao antibiótico mitomicina C, ox-bile e peróxido de hidrogénio (H2O2). Identificamos e caracterizamos 9 prófagos incompletos (profagos crípticos) em 7 estirpes de B. dorei e 1 estirpe de Parabacteroides distasonis isolados de crianças com DT1 e crianças controlo. A partir dos elementos fágicos identificados, 4 deles nunca foram identificados em bactérias do Filo Bacteroidetes de acordo com o Virus-Host Database, fornecendo uma nova visão para estes fagos (Mannheimia phage vB_MhM_3927AP2; Clostridium phage c-st; Bacillus phage phiAGATE; Synechococcus phage S-SKS1). Os genomas bacterianos de crianças com DT1 apresentam em média duas regiões fágicas em comparação com os genomas bacterianos das crianças controlo com apenas uma em média, denotando alguma permeabilidade à infeção fágica para aquisição de genes vantajosos ao metabolismo ou fisiologia do hospedeiro. Além disso, a percentagem de similaridade de proteínas fágicas foi maior para os genomas bacterianos de DT1, chegando a 41,17% contra o máximo de 14,28% para genomas bacterianos das crianças controlo com um valor médio de 19,9% e 8,9%, respetivamente. As regiões fágicas identificadas nos genomas bacterianos de DT1 mostraram um tamanho médio de 19,02 kb contra 9,13 kb dos genomas bacterianos de crianças controlo. Algumas das regiões virais identificadas nos genomas bacterianos de crianças com DT1 e controlos evidenciaram similaridade fágica, entre si, sugerindo algumas características comuns. Localizações fágicas em isolados de Bacteroides de crianças com DT1 apresentam genes potencialmente impactantes no desencadear do ataque autoimune às células β até ao estabelecimento da doença, em comparação com as regiões de isolados de B. dorei de controlos que não apresentaram nenhum gene com esse atributo. O genoma da estirpe B. dorei D8M1 apresentou o maior número de regiões, com um gene que codifica para uma DEAD / DEAH box helicase, com uma possível ação na autoimunidade e possível estímulo na inflamação, mas requer ainda clarificação, nomeadamente os seus reguladores e elementos associados na interação. Outro gene importante que pode influenciar o ataque autoimune das células β é a DNA adenina metilase (Dam), que tem a capacidade de metilar a posição 6 do azoto na adenina para gerar N-6-metiladenina (m6c) nos seus locais de reconhecimento (repetições palindrómicas de 5 'GATC-3') regulando várias funções no hospedeiro do prófago. O gene dam foi identificado no genoma das estirpes B. dorei D16P1 e D16M14, evidenciando a mesma similaridade para o mesmo prófago. Um gene órfão de dam numa região fágica de uma estirpe de B. dorei isolada de uma criança finlandesa com alto risco genético para desenvolver DT1, mostrou um genoma fortemente metilado nos locais de reconhecimento da Dam antes da seroconversão evoluindo para autoimunidade contra células β após 1,5 meses. Em contraste, outra estirpe de B. dorei sem o gene dam, também de uma criança finlandesa com o mesmo risco genético para DT1, não revelou metilações no seu genoma nem progrediu para autoimunidade contra células β. Até ao momento, não está claro qual é o impacto deste gene no desenvolvimento de DT1. A indução do ciclo lítico pela exposição a mit C, H2O2 e ox-bile não foi observada em qualquer uma das estirpes testadas. A identificação no presente estudo do gene dam em regiões idênticas em duas estirpes de B. dorei isoladas do mesmo paciente fornece evidências de que os bacteriófagos podem capacitar as estirpes de B. dorei com perfis diferenciados, particularmente através da metilação de genes que influenciam a expressão génica através da regulação positiva ou negativa (por exemplo, lisogenia) com a metilação Dam do motivo 5´-GATC-3´, o que poderá explicar, em parte a sua dominância antes da seroconversão em crianças finlandesas e provavelmente em crianças portuguesas. Uma vez que a presença do gene dam em estirpes de B. dorei isoladas de crianças com DT1 tem sido reportada noutros estudos é necessário analisar o seu papel na fisiologia bacteriana e qual será o seu impacto na seroconversão. As estirpes de B. dorei e P. distasonis de crianças com DT1 e crianças Controlo do Algarve não apresentaram regiões com prófagos completos nos seus genomas, o que explica a ausência de indução de fagos pelos indutores testados. O papel do viroma intestinal no desenvolvimento de T1D é escasso para fornecer respostas para o ataque autoimune das células β, mas a identificação do gene dam em estirpes de B. dorei isoladas de crianças com DT1 evidencia a importância da avaliação do impacto deste gene na fisiologia bacteriana e a sua participação na seroconversão. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 202487679 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.1/14101 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.subject | Diabetes mellitus tipo 1 | pt_PT |
| dc.subject | Bacteroides spp | pt_PT |
| dc.subject | Bacteriofagos | pt_PT |
| dc.subject | Metilação do adn | pt_PT |
| dc.title | Identification and characterization of prophages in Bacteroides spp. isolates from children with type 1 diabetes | pt_PT |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | masterThesis | pt_PT |
| thesis.degree.grantor | Universidade do Algarve. Faculdade de Ciências e Tecnologia | |
| thesis.degree.level | Mestre | |
| thesis.degree.name | Mestrado em Biologia Molecular e Microbiana | pt_PT |
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