Robson Francisco de Souza.

O objetivo deste projeto é levar alunos de graduação do curso de ciências biomédicas para realizarem intervenções com alunos do Ensino Fundamental I e Ii da capital paulista. O objetivo da intervenção é usar uma cartilha, desenvolvida pelos nossos alunos de graduação, para expor os alunos do ensino fundamental a discussões sobre o papel do pesquisador em ciências da vida e sobre a importância da ciência para a sociedade. Com essa atividade buscamos também conscientizar as crianças em tópicos nas áreas de microbiologia e parasitologia, fazendo uso de uma abordagem lúdica e interativa.

O CEPID B3 é uma rede com pólos de pesquisa sediados em São Paulo (IQ-USP, ICB-USP), Campinas (IB-UNICAMP, IAC), Ribeirão Preto (FCFRP-USP, FMRP-USP) e Rio Claro (UNESP) que colaborará na realização de pesquisas básicas de ponta sobre os mecanismos moleculares de importância primordial para a reprodução bacteriana, o comportamento multicelular, a competição, a colonização e as interações de bactérias com seus hospedeiros eucarióticos e bacteriófagos. Os conhecimentos adquiridos serão utilizados na busca e desenvolvimento de novos inibidores químicos e biológicos do crescimento bacteriano.

A presença de refractile (R) bodies, estruturas proteicas capazes de distender-se por influência bioquímica, servindo como potenciais ferramentas de entrega de toxinas, tem sido verificada em bactérias endossimbiontes e de vida livre, mas a distribuição, o papel e contexto genômico dos genes reb, seus principais componentes, ainda não são bem descritos. Genes possuindo o domínio rebB aparecem no genoma de diversas espécies de proteobactérias, bacteroidetes e acidobactérias, comumente presentes em arranjos de múltiplas cópias contíguas, mas com composição e distribuição variadas. Nos organismos onde foram caracterizados experimentalmente, a formação dos R-bodies depende da presença de diferentes membros da família reb para garantir a polimerização. Alguns genes auxiliares e reguladores, pertences a outras famílias, foram identificados, contudo os domínios e a distribuição taxonômica destes genes ainda não foram plenamente caracterizados. A ordem exata dos eventos de duplicação e transferência lateral dos genes reb e seus vizinhos também permanecem indefinidos. Aplicando métodos de análise de dados a genomas sequenciados, pretendemos explorar a presença de homólogos de rebB e identificar novos genes cuja função possa estar associada aos R-bodies. Nossa análise permitirá inferir a história evolutiva dos R-bodies e identificar os fatores que influenciam sua distribuição. A base de nossa estratégia será a aplicação de ferramentas para identificação de blocos de genes conservados, métodos de comparação de filogenias e medidas de correlação no padrão de substituição de aminoácidos. Os potenciais genes associados identificados neste trabalho servirão como candidatos para caracterização experimental em trabalhos futuros, com destaque para a possível presença de toxinas e antitoxinas.

Bactérias possuem complexos multiproteícos grandes (multi-megaDalton) que transportam proteínas efectoras através de membranas bacterianas para o meio extracelular ou diretamente dentro de outras células. Esses sistemas também medeiam a transferência horizontal de material genético (conjugação) entre células bacterianas e formas homólogas especializadas desses sistemas evoluíram para pili e flagelos bacterianos. Portanto, os sistemas de secreção macromolecular são determinantes importantes para a adaptação bacteriana, competição e sobrevivência em diversos nichos ambientais. No decurso do projeto temático anterior, demonstramos a importância do pili tipo IV (T4P) na motilidade twitching e na formação de biofilmes em Xanthomonas citri e caracterizamos os principais reguladores da biogênese do T4P. Também mostramos que o sistema de secreção de Xanthomonas citri tipo IV (T4SS) fornece a essas células a capacidade de matar outras espécies bacterianas Gram-negativas de maneira dependente do contato. Esta foi a primeira demonstração do envolvimento de um T4SS em matança bacteriana e aponta para esta classe especial de T4SS como um determinante importante para a sobrevivência de Xanthomonas durante encontros competitivos com outras espécies bacterianas no meio ambiente. Neste projeto, propomos seguir várias linhas de pesquisa sobre a estrutura molecular, função molecular e relevância fisiológica dessas nano-máquinas complexas em Xanthomonas citri, bem como em outros membros da família Xanthomonadaceae. Especificamente, seguiremos duas linhas gerais de investigação. Projeto 1: Estudos sobre os sistemas de secreção do tipo IV de Xanthomonadaceae. Nós planejamos i) determinar a estrutura dos componentes individuais do T4SS de X. citri, bem como os sub-complexos principais e o complexo inteiro, ii) realizar estudos estruturais e enzimológicos sobre as toxinas segregadas por este sistema, bem como seus inibidores cognatos, iii) estudar a base molecular do reconhecimento de toxinas pelo aparelho do T4SS, iv) estudar a localização celular e a regulação da expressão do T4SS, e v) ampliam nossos estudos do sistema X. citri aos T4SS homólogos encontrados em outras espécies bacterianas, incluindo Stenotrophomonas, Lysobacter e em algumas espécies das ordens de Betaproteobactérias Burkholderiales e Neisseriales. Projeto 2: Estudos sobre o pilus tipo IV (T4P) em Xanthomonas citri. Planejamos investigar i) como a atividade ATPase de PilB é regulada pelos componentes PilZ, FimX e c-diGMP e outros componentes da membrana interna (plataforma), ii) as estruturas dos complexos PilB-PilZ e PilB-PilZ-FimX, iii) os papéis das pilinas menores conservadas nas espécies Xanthomonadaceae, iv) o papel da PilU, a terceira e mal compreendida ATPase, v) como os sinais ambientais específicos controlam as funções dependentes de T4P nas espécies Xanthomonas, vi) como o T4P contribui para a competitividade de Xanthomonas em interações antagônicas com outras espécies bacterianas, e vii) a estrutura do pilus extracelular (polímero das subunidades PilA). Nestes estudos empregaremos métodos de Biologia Estrutural (cristalografia, ressonância magnética nuclear, criomicroscopia eletrônica, SAXS, simulações moleculares) a produção e caracterização de nocautes gênicos, microscopia de fluorescência, enzimologia, estudos de expressão gênica e bioinformática. O projeto inclui o treinamento de estudantes de graduação, pós-graduação, pós-doutores e colaborações com pesquisadores de outras instituições brasileiros e estrangeiros.

Como outras linhagens de organismos, as bactérias estão sujeitas a vários tipos de conflitos biológicos, como a competição entre linhagens da mesma espécie, competição entre espécies diferentes ou a interação entre bactérias patogênicas e seus hospedeiros. Ao se engajarem nesses conflitos, uma das ferramentas mais usadas pelas bactérias é a produção e secreção de toxinas de natureza proteica, que possuem domínios especializados em gerar o efeito tóxico. Domínios tóxicos distintos correspondem a mecanismos moleculares diferentes e a um repertório igualmente amplo de antitoxinas. Antitoxinas, também conhecidas como proteínas de imunidade, são proteínas especializadas em neutralizar as toxinas correspondentes, evitando a morte da célula produtora. Como observado em outros sistemas envolvidos em conflitos biológicos, as toxinas bacterianas são caracterizadas pela rápida evolução de novos genes, que precisam compensar a contínua evolução de estratégias de defesa dos organismos adversários. O efeito mais visível dessa corrida armamentista é o contínuo surgimento de novos domínios tóxicos e novas combinações dos domínios tóxicos com as regiões que mediam a secreção e o processamento da proteína ou a seleção da célula alvo. Esses fenômenos fazem das toxinas alvos interessantes para o estudo de novos mecanismos de ação tóxica e dos mecanismos evolutivos que atuam na sua origem e diversificação. Neste projeto, propomos estudar, pela aplicação de métodos de genômica comparativa, toxinas que atuam como Tfes (do inglês "Type four secretion system associated effectors"). Nossos objetivos são: (i) identificar e classificar novos domínios efetores de toxinas e antitoxinas associados ao sistema secretório do tipo IV, (ii) entender os processos envolvidos na evolução desses domínios, (iii) empregar métodos de análise de contexto genômico para gerar hipóteses sobre os mecanismos de atividade das toxinas e antitoxinas identificadas e (iv) validar experimentalmente as funções e interações moleculares para algumas das toxinas e antitoxinas identificadas. Nossas análises irão, portanto, revelar novas toxinas e antitoxinas, com potencial para a descoberta de novos mecanismos de ação e de lançar luz sobre a competição entre diferentes espécies de bactérias.

Este projeto tem como objetivo central o estudo estrutural e funcional de várias proteínas envolvidas na síntese, degradação, ligação ao segundo mensageiro bacteriano, c-di-GMP do patógeno Leptospira interrogans Copenhageni L1-130. Além do estudo de proteínas envolvidas na sinalização c-di-GMP, temos como objetivo o estudo funcional e estrutural das proteínas presentes no cluster gênico do único sistema de secreção encontrado no genoma de Leptospira interrogans Copenhageni, o sistema de secreção tipo II.

Objetivo principal: Fortalecer e ampliar o intercâmbio acadêmico entre os programas inter-unidades de Pós-Graduação em Bioinformática da UFMG (CAPES 6) e da USP (5), o de Biotecnologia da UFPA (CAPES 5) e o de Bioinformática da UFPR (CAPES 3) com a criação de uma rede voltada a aumentar a formação de recursos humanos em Biologia Computacional, em resposta à presente chamada

Esse projeto está em execução graças ao financiamento da CAPES promovido através do edital 51/2013 - Biologia Computacional. O objetivo deste edital é estimular e apoiar a realização de projetos conjuntos de pesquisa entre pesquisadores vinculados a diferentes instituições de ensino superior - IES, institutos de pesquisa e demais instituições associadas, possibilitando o desenvolvimento de projetos de pesquisa científica e tecnológica, contemplando a formação de recursos humanos em nível de pós-graduação stricto senso acadêmico e, de forma complementar, em nível de graduação

Propomos a implementação de uma plataforma genérica para anotação de genes e sua aplicação em dois projetos de genômica comparativa: (1) a expansão da análise de toxinas e sistemas secretórios relacionados (ToxImmDB) e (2) a análise evolutiva de vírus de DNA dupla fita (VirusDB). A análise de toxinas a ser realizada utilizando o ToxImmDB buscará expandir nosso conhecimento sobre as toxinas polimórficas encontradas em várias linhagens de bactérias, buscando novos domínios efetores e proteínas de imunidade, bem como um melhor entendimento do papel desses sistemas na evolução de comunidade bacterianas como biofilmes e a flora bacteriana humana. A análise da evolução de genomas virais que motiva a implementação do VirusDB buscará avaliar hipóteses sobre as relações evolutivas entre os vírus de DNA núcleo- citoplasmáticos (NCLDV) e os fagos de DNA de bactérias (Caudovirales). Ambos os projetos contribuirão para um melhor entendimento da função e evolução de proteínas nesses sistemas e gerarão dados a serem incorporados na classificação de domínios proteicos que estamos desenvolvendo.

Project Summary 

Entire genomes and whole sets of ESTs of scientific and economically important micro-organisms, relevant model organisms and humans are rapidly becoming available. To take advantage of these enormous sets of genomic and EST sequences, several academic and industrial laboratories are developing technologies to analyze gene expression at RNA level on a genome wide basis using DNA microarrays, also called DNA chips. These techniques have potential to generate hundreds of data points for expression of tens of thousands of genes, whose impact in biological research might be revolutionary. Analyses of such huge amounts of data pose complex and unsolved problems of data storage, data mining and design of non linear gene-state predictors. Altogether, these tasks require the coordinated collaboration of, by one side, computer scientists and mathematicians and, by the other, molecular biologists and biochemists. To this end, interdisciplinary teams of scientists are been organized in the countries that are presently leading the international genome research. In the State of São Paulo, FAPESP has timely launched a genome program that was initiated by sequencing the genome of Xylella fastidiosa and is now been extended to genomes of other micro-organisms and ESTs of human cancer cells and plant cells of sugar cane. This FAPESP initiative has established sufficient conditions to start a competitive local project of functional genomics by the technology of DNA microarrays. This proposal to FAPESP aims to organize the Cooperation for Analysis of Gene Expression, CAGE, an informal organization that will coordinate the collaborative efforts of molecular biologists of the Instituto de Química (IQ-USP) and computer scientists and mathematicians of the Instituto de Matemática e Estatística (IME-USP), to study gene expression by the DNA microarray technology.

General Organization of Sequencing Effort 
 The sequencing of the X. axonopodis pv citri genome will be carried out in 12 laboratories: two central biology/sequencing laboratories and 10 sequencing laboratories. One of the central laboratories will be located in Biochemistry Department of the Institute of Chemistry-USP (coordinated by Fernando C. Reinach, Ana C. R. da Silva, Ronaldo B. Quaggio and Shaker Chuck Farah) and the other will be located in the Technology Department of UNESP in Jaboticabal (coordinated by Jesus A. Ferro). These laboratories will be responsible for generating the libraries, mapping the clones and assembly of the genome. Associated with each central laboratory will be five sequencing laboratories. Bioinformatics for this project will be administered via a two-tiered approach. At the upper tier will be the Laboratory for Bioinformatics (LBI) of Unicamp, coordinated by João C. Setubal and João Meidanis. At the lower tier, there will be two small bioinformatics labs in each of the central sequencing labs in São Paulo and Jaboticabal. These small bioinformatics labs will divide the tasks of storing, processing, assembly, and annotation of DNA sequences using the software developed by the LBI for the Xylella fastidiosa sequencing project. In addition to overall bioinformatics supervision, the LBI will provide personnel training, coordinate annotation of the genome and produce a self-contained and portable database with project results. Furthermore the LBI will be responsible for generating the software for scaffold assembly of the physical map (see below) and for comparison of the final sequence with sequences from related genomes (Xylella fastidiosa and other Xanthomonas species).