Desafio computacional

Os estudos em metagenómica são ricos em dados, quer em quantidade quer em complexidade. Após duas décadas de experiência e análise de dados das sequências de DNA baseados no estudo de genomas de organismos cultivados, os biólogos têm que trabalhar com uma grande quantidade de dados gerados pela abordagem metagenómica.

As novas tecnologias de sequenciação permitem aumentar substancialmente a transferência de dados e representam novos desafios específicos de plataformas de armazenamento de dados. O armazenamento das sequências geradas pelos projetos atuais que utilizam abordagem metagenómica será um desafio para os bancos de dados (GenBank, EMBL-Bank, DDBJ e outros). Paralelamente ao desafio de arquivamento é necessário desenvolver novos bancos de dados para que os dados possam ser utilizados de forma mais eficaz. A análise de sequências metagenómicas exige programas computacionais robustos, eficientes e especializados, como, por exemplo, programas para o agrupamento de sequências ou para análise de séries temporais e os dados metagenómicos devem ser integrados com dados de diferentes projetos, tais como dados do Projeto Microbioma Humano (Sun et al., 2011).

5. Conclusão

Falar em biodiversidade, na maioria das vezes é falar das plantas e animais que habitam nos diferentes ecossistemas do nosso planeta, esquecendo-nos que o nosso organismo e o organismo das outras espécies de animais estão colonizados por uma complexa e diversa população de microrganismos. O conjunto destes microrganismos incluem as bactérias, fungos, vírus e protozoários, e no organismo humano designa-se de microbioma humano.

Apesar do microbioma ser uma parte importante do nosso organismo, este era uma das grandes incógnitas para a biologia. Até há pouco tempo não tinha sido estudado intensivamente e a sua influência sobre a fisiologia e funções do nosso organismo permanecia desconhecida.

A microbiologia tradicional baseava o estudo de microrganismos como espécies isoladas. No entanto, a maioria dos microrganismos no nosso organismo não pode considerado um sistema isolado uma vez que o seu crescimento é sujeito a um microambiente muito específico que na maioria das vezes não pode ser reproduzido em condições de laboratório. Com a análise metagenómica baseado na mais recente tecnologia de sequenciação de DNA permitiu a análise de populações inteiras de microrganismos sem isolar cada um separadamente. A análise metagenómica em vez de estudar separadamente o genoma de cada um dos microrganismos de uma população, analisa o genoma de todos os organismos de uma população. A metagenómica também permite estudar a resposta de uma comunidade de microrganismos a determinados fatores externos e verificar como todo o genoma de uma comunidade responde a diferentes estímulos e mudanças.

Os estudos atuais revelaram que estas comunidades microbianas e seus genes do corpo humano apresentam papéis fundamentais na saúde humana. O Consórcio Projeto Microbioma Humano, financiando pelo National Institutes of Health (NIH) o, desenvolveu protocolos metagenómicos que resultaram em métodos padronizados para a criação, processamento e interpretação de diferentes tipos de dados metagenómicos de

alto rendimento, resultando num banco de espécimes do microbioma humano, considerado de valor inestimável.

Diversos projetos têm sido financiados com o objetivo principal de demonstrar o papel do microbioma humano nas patologias e na saúde. Estes projetos têm permitido grandes avanços no Projeto Microbioma Humano, pois desenvolvem ferramentas e tecnologias para a otimização e padronização de protocolos, com o fim de se examinar a relação entre as mudanças no microbioma humano com o aparecimento de determinadas patologias.

A identificação do microbioma Humano e a melhor compreensão da complexa interação dos microrganismos, principalmente bactérias, e o homem e a interação dos microrganismos benéficos com os patogénicos poderá, num futuro, promover benefícios para a população humana. Assim, é factível o desenvolvimento e a adoção de novas estratégias profiláticas, como por exemplo, a aplicação de novos pré-bióticos e pro- bióticos.

6. Bibliografia

Amaral, F. A. et al. (2008). Commensal microbiota is fundamental for the development of inflammatory pain. Proc Natl Acad Sci U S A, 105, pp. 2193-2197.

Atarashi, K. et al. (2011). Induction of colonic regulatory T cells by indigenous Clostridium species. Science, 331, pp. 337-341.

Avila, M. et al. (2009). Ojcius DM, Yilmaz O. The oral microbiota: living with a permanent guest. DNA Cell Biol.,28(8), pp. 405-411.

Backhed, F. et al. (2005). Host-bacterial mutualism in the human intestine. Science, 307, pp. 1915-1920.

Belkaid, Y. e Hand, T. W. (2014). Role of the Microbioma in Immunity and Inflammation. Cell, 157, pp. 121, 141.

Chan, Y. K. et al. (2013). Consecuencias clínicas de la disbiosis inducida por la dieta. Ann Nutr Metab.,63(suppl), pp. 28-40.

Chardin, H. et al. (2006). Microbiologie en odonto-stomatologie. Maloine, pp. 141-164.

Chase, M. W. (2005). The problems with plants:issues and possible solutions. In:First International Scientific Conference on DNA Barcoding. Natural HistoryMuseum, London.

Chervonsky, A.V. (2010). Influence of microbial environment on autoimmunity. Nat Immunol, 11, pp. 28-35.

Chinen, T. et al. (2010). A critical role for regulatory T cell-mediated control of inflammation in the absence of commensal microbiota. J Exp Med, 207, pp. 2323-2330.

Cho, I. e Blaser, M. J. (2012). The human microbiome: at the interface of health and disease. Nature Rev Genet., 13(4), pp. 260-270.

Chung, H., e Kasper, D. L. (2010). Microbiota-stimulated immune mechanisms to maintain gut homeostasis. Curr Opin Immunol, 22, pp. 455-460.

Clarke, T. B. et al. (2010). Recognition of peptidoglycan from the microbiota by Nod1 enhances systemic innate immunity. Nat Med., 16, pp. 228-231.

Consortium HMP. (2012). A framework for human microbiome research. Nature., 486(7402), pp. 215-221.

Conway de Macario, E. e Macario, A. J. (2009). Methanogenic archaea in health and disease: a novel paradigm of microbial pathogenesis. Int J Med Microbiol, 299, pp. 99- 108.

Conway, P. L. et al. (1987). Survival of lactic acid bacteria in the human stomach and adhesion to intestinal cells. J Dairy Sci., 70, pp. 1-12.

Costa, R. J. (2010).Técnica de Biologia Molecular: PCR (Reação em Cadeia da Polimerase), DISSERTAÇÃO MDIP – CPqRR, Ministério da Saúde, Belo Horizonte.

Costello, E. K. et al. (2012). The Application of Ecological Theory Toward an Understanding of the Human Microbiome. Science, 336, pp. 1255-1261.

Daniel, R. (2004). The soil metagenome - a rich resource for the discovery of novel natural products. Current Opinion in Biotechnology, 15, pp. 199-204.

Dieleman, L. A. et al. (1994). Dextran sulfate sodium-induced colitis occurs in severe combined immunodeficient mice. Gastroenterology, 107, pp. 1643-1652.

Doré, J. (2006). Study methods. In: Rambaud J-C, ed. Gut microflora - Digestive physiology and pathology. Paris: John Libbey Eurotext.

Dupaul-Chicoine, J. et al. (2010). Control of intestinal homeostasis, colitis, and colitis- associated colorectal cancer by the inflammatory caspases. Immunity, 32, pp. 367-378.

Elinav, E. et al. (2011). NLRP6 inflammasomeregulates colonic microbial ecology and risk for colitis. Cell, 145, pp. 745-757.

Elshahed, M.S et al. (2008). Novelty and Uniqueness Patterns of Rare Members of the Soil Biosphere. Appl Environ Microbiol, 74, pp. 5422-5428.

Faergemann, J. e Larko, O. (1987). The effect of UV-light on human skin microorganisms. Acta Derm. Venereol., pp. 67, 69-72.

Fagundes et al. (2011). Transient TLR Activation Restores Inflammatory Response and Ability To control Pulmonary Bacterial Infection in Germfree Mice. The Journal of Immunology, 30, pp. 1-11.

Faust, K. et al. (2012). Microbial co-occurrence relationships in the human microbiome. PLoS Computat Biol., 8(7), e1002606.

Fava, F. e Danese, S. (2011). Intestinal microbiota in inflammatory bowel disease: friend of foe? World J Gastroenterol, 17, pp. 557-566.

Foxman, B. e Goldberg, D. (2010). Why the human microbiome project should motivate epidemiologists to learn ecology. Epidemiology, 21, pp. 757-759.

Gaboriau-Routhiau, V. et al. (2009). The key role of segmented filamentous bacteria in the coordinated maturation of gut helper T cell responses. Immunity, 31, pp. 677-689.

Gerritsen, J. et al. (2011). Intestinal microbiota in human health and disease: the impact of probiotics. Genes Nutr, 6, pp. 209 – 240.

Gevers, D. et al. (2012). Bioinformatics for the Human Microbiome Project. PLoS Comput Biol., 8(11), e1002779.

Gillespie, D. E. et al. (2002). Isolation of Antibiotics Turbomycin A and B from a Metagenomic Library of Soil Microbial DNA. Appl Environ Microbiol, 68, pp. 4301- 4306.

Grice, E. A. e Segre, J. A. (2011). The skin microbiome. Nature Reviews Microbiology, 9, pp. 244-253.

Grover, H. S.et al. (2013).Periodontal proteomics: wonders never cease! Int J Proteomics., 2013:850235.

Handelsman, J. et al. (1998). Molecular biological access to the chemistry of unknown soil microbes: a new frontier for natural products. Chemistry & Biology, 5, pp. R245- R249.

Handelsman, J. (2004). Metagenomics: Application of Genomics to Uncultured Microorganisms. Microbiol Mol Biol Rev, 68, pp. 669-685.

Handelsman, J. (2005). Metagenomics or Megagenomics? Nat Rev Micro, 3, pp. 457- 458.

Harris, K. et al. (2012). Is the Gut Microbiota a New Factor Contributing to Obesity and Its Metabolic Disorders?. Journal of Obesity, pp. 1-14.

Hebert, P. D. N. et al. (2003). Biological identifications through DNA barcodes. Proc. Royal Soc Lond., B 270, pp. 313-321.

Hebert, P. D. N. et al. (2004). Identification of birds through DNA barcodes. PLoS Biol., 2, pp. 1657-1663.

Henne, A. et al. (1999). Construction of Environmental DNA Libraries in Escherichia coli and Screening for the Presence of Genes Conferring Utilization of 4- Hydroxybutyrate. Appl Environ Microbiol, 65, pp. 3901-3907.

Holland, K.,T. e Bojar, R. A. (2002). Cosmetics: what is their influence on the skin microflora?Am. J. Clin. Dermatol., 3, pp. 445-449.

Hooper, L. V. e Macpherson, A. J. (2010). Immune adaptations that maintain homeostasis with the intestinal microbiota. Nat Rev Immunol, 10, pp. 159-169.

Ichinohe, T. et al. (2011). Microbiota regulates immune defense against respiratory tract influenza A virus infection. Proc Natl Acad Sci U S A, 108, pp. 5354-5359.

Ivanov, II, et al. (2008). Specific microbiota direct the differentiation of IL-17- producing T-helper cells in the mucosa of the small intestine. Cell Host Microbe, 4, pp. 337-349.

Ivanov, II, et al. (2009). Induction of intestinal Th17 cells by segmented filamentous bacteria. Cell, 139, pp. 485-498.

Jakubovics, N. S. e Kolenbrander, P. E. (2010). The road to ruin: the formation of disease-associated oral biofilms. Oral Dis., 16(8), pp. 729-739.

Janssen, P. H. (2006). Identifying the Dominant Soil Bacterial Taxa in Libraries of 16S rRNA and 16S rRNA Genes. Appl Environ Microbiol, 72, pp. 1719-1728.

Jenkinson, H. F. e Lamont, R. J. (2005). Oral microbial communities in sickness and in health. Trends Microbiol., 13(12), pp. 589-595.

Jessica, L. et al. (2014) Ancient human oral plaque preserves a wealth of biological data. Nature Genetics, 46, pp. 321–323.

Knietsch, A. et al. (2003). Construction and Screening of Metagenomic Libraries Derived from Enrichment Cultures: Generation of a Gene Bank for Genes Conferring Alcohol Oxidoreductase Activity on Escherichia coli. Appl Environ Microbiol, 69, pp. 1408-1416.

Lamont, R. J. e Jenkinson, H. F. (2010). Oral microbiology at a glance. John Wiley & Sons, ISBN: 978-0-8138-2892-3.

Lavelle, E. C. et al. (2010). The role of TLRs, NLRs, and RLRs in mucosal innate immunity and homeostasis. Mucosal Immunol, 3, pp. 17-28.

Levitt, M. D. et al. (2006). Stability of human methanogenic flora over 35 years and a review of insights obtained from breath methane measurements. Clin Gastroenterol Hepatol, pp. 123-129.

Libório, A. S. et al. (2005)Microbiota conjuntival em pacientes com alergia ocular. Arq Bras Oftalmol., 68(6), pp. 824-827.

Linhares, I. M. et al. (2010). Novos conhecimentos sobre a flora bacteriana vaginal. Rev Assoc Med Bras, 56(3), pp. 370-374.

Liu, C. H. et al. (2008). Regulation of surface architecture by symbiotic bacteria mediates host colonization. Proc Natl Acad Sci U S A, 105, pp. 3951-3956.

Machado, A. (2008). Importância da microbiota intestinal para a saúde humana, enfocando nutrição, probióticos e disbiose. Dissertação para a obtenção do grau de Especialista em Microbiologia. Belo Horizonte: Universidade de Minas Gerais.

Macpherson, A. J. e Harris, N. L. (2004). Interactions between commensal intestinal bacteria and the immune system. Nat Rev Immunol, 4, pp. 478-485.

Maloy, K. J. e Powrie, F. (2011). Intestinal homeostasis and its breakdown in inflammatory bowel disease. Nature, 474, pp. 298-306.

Manichanh, C. et al. (2006). Reduced diversity of faecal microbiota in Crohn's disease revealed by a metagenomic approach. Gut., 55(2), pp. 205-211.

Marsh, P. D. (2006). Dental plaque as a biofilm and a microbial community– implications for health and disease. BMC Oral Health, 6(Suppl 1), S14.

Maslowski, K. M. et al. (2009). Regulation of inflammatory responses by gut microbiota and chemoattractant receptor GPR43. Nature, 461, pp. 1282- 1286.

Mazmanian, S. K. et al. (2008). A microbial symbiosis factor prevents intestinal inflammatory disease. Nature, 453, pp. 620-625.

Molina, A. L e Tobo, P. R. (2011). Uso das Técnicas de Biologia Molecular para Diagnóstico, 31(1), pp. 8-16.

Monreal, M. T. F. D. et al. (2005). Intestinal microbiota of patients with bacterial infection of the respiratory tract treated with amoxicillin. The Brazilian journal of infectious diseases, 9, pp. 292-300.

Murray, P. R. (2000). Microbiologia medica, São Paulo: Guanabara Koogan.

Nicoli, J. R. e Vieira, L. Q. (2000). Probióticos, prebióticos e simbióticos. Ciên Hoje.., 28, pp. 34-38.

Nicoli, J. R; Vieira, L. Q. (2002). Doenças Digestivas. Microbiota Intestinal Normal na Doença e na Saúde Cap. 61, pp. 1037-1047.

Nogales, B. et al. (2001). Combined Use of 16S Ribosomal DNA and 16S rRNA To Study the Bacterial Community of Polychlorinated Biphenyl-Polluted Soil. Appl Environ Microbiol, 67, pp. 1874-1884.

Pajeki, D. et al. (2003).Microbiota do megaesôfago e carcinogênese. Arq. Gastroenterol, 40(1), pp. 16-19.

Parente, M. (2012). O Mar em código de barras: DNA barcoding de organismos marinhos dos Açores". Açoriano Oriental: Biologia, pp. 20-23

Peterson, D. A. et al. (2007). IgA response to symbiotic bacteria as a mediator of gut homeostasis. Cell Host Microbe, 2, pp. 328-339.

Peterson, J. et al. (2009). The NIH Human Microbiome Project. Genome Res., 19(12), pp. 2317-2323.

Prakash, S. (2011). Gut microbiota: next frontier in understanding human health and development of biotherapeutics. Biologics: Targets and Therapy, 5, pp. 71 – 86.

Pull, S. L. et al. (2005). Activated macrophages are an adaptive element of the colonic epithelial progenitor niche necessary for regenerative responses to injury. Proc Natl Acad Sci U S A, 102, pp. 99-104.

Raes, J. et al. (2011). Toward molecular trait-based ecology through integration of biogeochemical, geographical and metagenomic data. Mol Syst Biol., 7, pp. 2-9.

Rakoff-Nahoum, S. et al. (2004). Recognition of commensal microflora by toll-like receptors is required for intestinal homeostasis. Cell, 118, pp. 229-241.

Research Council (U.S.) (2007).The New Science of Metagenomics: Revealing the Secrets of Our Microbial Planet. [Em linha]. Disponível em:

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK54003/#ch3.s1 [Consultado em 12 de julho de 2015].

Rhee, S. H. (2011). Basic and translational understandings of microbial recognition by toll-like receptors in the intestine. J Neurogastroenterol Motil, 17, pp. 28-34.

Rhoden, S. A. et al. (2013). Pamphile JA. In silico analysis of diverse endophytic fungi by using ITS1-5,8S-ITS2 sequences with isolates from various plant families in Brazil. Genetics and Molecular Reserch, 12(2), pp. 935-950.

Ribeiro, C. et al. (2012). Caracterização epidemiológica da nasofaringe de estudantes de cursos de saúde da Universidade Atlântica. [Em linha]. Disponível em: http://repositorio-

cientifico.uatlantica.pt/jspui/bitstream/10884/619/1/caracteriza%C3%A7%C3%A3o%2 0da%20nasofaringe.pdf [Consultado em 12 de julho de 2015].

Rimoldi, M. et al. (2005). Intestinal immune homeostasis is regulated by the crosstalk between epithelial cells and dendritic cells. Nat Immunol, 6, pp. 507-514.

Rodrigues, A. (2011). Microbiota Intestinal e sua Possível Relação com a Obesidade. ABESO, 53, pp. 5-7-

Round, J. L. e Mazmanian, S. K. (2009). The gut microbiota shapes intestinal immune responses during health and disease. Nat Rev Immunol, 9, pp. 313-323.

Round, J. L. e Mazmanian, S. K. (2010). Inducible Foxp3+ regulatory T-cell development by a commensal bacterium of the intestinal microbiota. Proc Natl Acad Sci U S A, 107, pp. 12204-12209.

Saleh, M. e Trinchieri, G. (2011). Innate immune mechanisms of colitis and colitis- associated colorectal cancer. Nat Rev Immunol, 11, pp. 9-20.

Sannasiddappa, T. H. et al. (2011). The influence of Staphylococcus aureus on gut microbial ecology in an in vitro continuous culture human colonic model system. PLoS One, 6, pp. e23227.

Sartor, R. B. (2008). Microbial Influences in Inflammatory Bowel Diseases, Gastroenterology, 134, (2), pp. 577–594.

Sbordone, L. e Bortolaia, C. (2003). Oral microbial biofilms and plaque-related diseases: microbial communities and their role in the shift from oral health to disease. Clinical Oral Investig., 7(4), pp. 181-188.

Schloss, P.D. et al. (2004). Integration of Microbial Ecology and Statistics: a Test To Compare Gene Libraries. Appl Environ Microbiol, 70, pp. 5485-5492.

Schwebke, J. R. et al. (1999). Correlation of behaviors with microbiologic changes in vaginal flora. J Infect Dis., 180, pp. 1632-1636.

Shaikh-Lesko, R. (2014). Visualizing the Ocular Microbiome [Em linha]. Disponível

em: http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/39945/title/Visualizing-the-

Ocular-Microbiome/ [Consultado em 20 de maio de 2015].

Soehnlein, O. e Lindbom, L. (2010). Phagocyte partnership during the onset and resolution of inflammation. Nat Rev Immunol, 10, pp. 427-439.

Souza, D. G. et al. (2004). The essential role of the intestinal microbiota in facilitating acute inflammatory responses. J Immunol, 173, pp. 4137-4146.

Stephani, J. et al. (2011). Gut microbiota, probiotics and inflammatory bowel disease. Arch Immunol Ther Exp (Warsz), 59, pp. 161-177.

Sun, S. et al. (2011). Community cyberinfrastructure for Advanced Microbial Ecology Research and Analysis: the CAMERA resource. Nucleic Acids Research, 39, D546- D551.

Tanoue, T. et al. (2010). Immune responses to gut microbiotacommensals and pathogens. Gut Microbes, 1, pp. 224-233.

The Human Microbiome Project Consortium (HMP). (2012). Framework for human microbiome research. Nature, 486:7402, pp. 215-221.

Torsvik, V. et al. (1990). High diversity in DNA of soil bacteria. Appl Environ Microbiol 56, 782-787.

Torsvik, V. et al. (2002). Prokaryotic Diversity-Magnitude, Dynamics, and Controlling Factors. Science, 296, pp. 1064-1066.

Trabulsi, L. R. e Alterthum, F. (2008). Microbiologia, São Paulo: Atheneu.

Trabulsi, L. R. e Sampaio, M.M.S.C. (2000). A Composição e o Papel da Microflora Intestinal na Saúde e Proteção do Microrganismo. Os Probióticos e a Saúde Infantil. Nestlé Ltda, 1, pp. 3-11.

Turnbaugh, P. J. et al. (2007). The human microbiome project: exploring the microbial part of ourselves in changing world. Nature., 449(7164), pp. 804-810.

von Mering, C. et al. (2007). Quantitative Phylogenetic Assessment of Microbial Communities in Diverse Environments. Science, 315, pp. 1126-1130.

Weber, T. K. e Polanco, I. (2012). Gastrointestinal microbiota and some children diseases: a review. Gastrol Res Pract., 2012:676585.

Whitman, W. B. et al. (1998). Prokaryotes: The unseen majority. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 95, pp. 6578-6583.

Wilson, M. (2008). Bacteriology of Humans: An Ecological Perspective, Oxford, Blackwell Publishing.

Woese, C. R. e Fox, G. E. (1977). Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms. Proceedings of the National Academy of Sciences, 74, pp. 5088- 5090.

Wolvers, D. et al. (2010). Guidance for substantiating the evidence for beneficial effects of probiotics: prevention and management of infections by probiotics. The Journal of Nutrition, 140, pp. 690S-697S.

Zainal-Abidin, Z. et al. (2012).Differential proteomic analysis of a polymicrobial biofilm. J Proteom Res., 11(9), pp. 4449-4464.

Zaki, M. H. et al. (2011). The Nlrp3 inflammasome: contributions to intestinal homeostasis. Trends Immunol, 32, pp. 171-179.

Zubrzycki, L. e Spaulding, E. H. (1962). Studies on the stability of the normal human fecal flora. J Bacteriol, 83, pp. 968-974.