O solo carrega nutrientes e microrganismos, sendo que esses nutrientes são essenciais para os seres vivos (principalmente para as plantas, que dependem dos nutrientes e do solo para o crescimento e desenvolvimento delas) enquanto alguns micróbios possuem habilidade de transferir compostos (como carbono, nitrogênio, fósforo, potássio e entre outras substâncias químicas e biológicas) para a superfície terrestre por meio de atividades metabólicas fazendo partes desses ciclos biogeoquímicos, realizar manutenção da fertilidade do solo, controle de doenças e pragas da agricultura, e propriedades de biorremediação do meio ambiente.
A diversidade de micróbios no solo está relacionado com o estudo de todos os aspectos biológicos do microrganismo (bactéria, archaea, fungo, vírus, protozoário, nematódeo, artrópode, anelídeo, e parasita) que existem nesse ambiente, e o desenvolvimento de novas aplicações para caracterização de comunidades microbiológicas e imagens de ambientes do solo tem beneficiado a microbiologia por fornecer diversas técnicas de detecção e localização de microrganismos, além de detalhar as funções bioquímicas desses organismos com o ambiente os quais habitam.
Métodos de identificação de microrganismos no solo (Bioinformática)
Na área da bioinformática, é utilizável os equipamentos e/ou dispositivos que possam otimizam os dados e processar os métodos de sequenciamento de maneira mais simples do que os métodos mais tradicionais (como por exemplo, dependência de cultura). E as práticas bioinformatas pode-se conectar junto com as áreas de biologia molecular e celular, genética, ciência da computação e TI, estatística e matemática; e os tópicos abaixo são diferentes práticas mais mencionadas para identificação microbiana, sendo que a maioria deles utilizam-se métodos de sequenciamento de novas gerações (NGS) como complemento:
● Metabarcoding: utiliza sequências específicas para identificar quais espécies estão presentes na amostra e como elas estão relacionadas filogeneticamente (utiliza-se a aplicação adequada com NGS); ○ NGS: tecnologia de sequenciamento de DNA ou RNA que realiza leitura de milhões de fragmentos de maneira simultânea, tendo uma análise em larga escala e rápido (mas apenas individual).
● Metagenômica: prática de sequenciamento de genomas inteiros de comunidades microbianas isoladas, e quais tipos estão presentes e como é a dinâmica entre eles;
● Biosensing (definição de IUPAC): “um dispositivo que utiliza reações bioquímicas específicas mediadas pelas enzimas isoladas, sistemas imunológicos, tecidos, organelas, ou células inteiras para detectar compostos químicos geralmente por meio de sinais elétricos, térmicos ou ópticos”.
○ NGS: tecnologia de sequenciamento de DNA ou RNA que realiza leitura de milhões de fragmentos de maneira simultânea, tendo uma análise em larga escala e rápido (mas apenas individual).
● Ferramentas de bioinformática
Há uma variedade de ferramentas para realizar análises de sequenciamento e de identificação de microrganismos. Sendo alguns mais conhecidos nessa área são:
● Kraken2 e Bracken: classificador taxonômico de sequências que atribui designações taxonômicas a sequências de DNA, examinando os k-mers dentro de uma sequência consultada e utiliza as informações contidas nesses k-mers para realizar consulta em banco de dados (o qual mapeia os k-mers para o ancestral comum mais recente de todos os genomas conhecidos por conterem um determinado k-mer). Enquanto Bracken é uma ferramenta relacionada que, adicionalmente, estima abundâncias relativas de espécies ou gêneros;
● MG-RAST: servidor open source para anotação e análises comparativas metagenômicas. O servidor fornece muitos métodos para acessar diferentes tipos de dados, incluindo reconstruções filogenética e metabólica, e possui a habilidade de comparar o metabolismo e as anotações de mais de um organismo;
● SmashCommunity: pipeline de anotação e análise de metagenômica independente, com adequação de dados de tecnologias de sequenciamento de Sanger e 454. Pode ser estendido para suportar software adicional e ter tarefas metagenômicas essenciais como montagem e previsão de genes. Estima a filogenética quantitativa e as composições funcionais de metagenoma, comparando composições de múltiplos metagenomas e produz representações visuais intuitivas de outras análises;
● Mothur: pacote de software amplo que permite aos usuários utilizar apenas um software para ter análise de dados de sequência da comunidade. Oferece a habilidade de fornecer de sequências brutas para a geração de ferramentas de visualização a fim de descrever a diversidade α e β.
● Serviços Protos
Quando é adquirido uma amostra de solo e quer analisar a biodiversidade
microbiana nessa amostra, é complicado ter isolamento de cada espécie e ainda especificar
cada uma, além de ficar claro como é a dinâmica microbiana do ambiente (como a
competição, mutualismo, amensalismo e entre outros tipos de relações interespécies).
Assim, a Protos trabalhando na área da Bioinformática e na prática laboratorial pode atuar
em:
● Montagem de genomas por meio de sequenciamentos em fragmentos curtos e reconstrução de genomas e transcritos;
● Similaridade entre as sequências de DNA e proteínas, com o software BLAST e seus derivados;
● Predizer genes, promotores e genes de RNAs (como tRNA, rRNA e até mesmos os não codificadores de proteínas) pela análise de sequências de DNA obtendo a criação de mapas de anotação funcional;
● Análise filogenética das espécies utilizando softwares mais avançados e expertise técnica;Auxiliar no planejamento de práticas laboratoriais e integração com práticas bioinformatas;
● Deixar as interpretações dos resultados de maneira mais clara e que seja mais facilitado para aplicar.
Referências:
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