Ricardo Roberto da Silva.

Os estudos das comunidades microbianas associados aos mais diversos ambientes têm ganhado cada vez mais importância para a exploração sustentável da biodiversidade. O entendimento do conjunto dos genomas destas comunidades, denominado de metagenoma, é fundamental para encontrar relações do potencial codificante dos genomas com os respectivos nichos ecológicos. As inúmeras adaptações evolutivas de comunidades microbianas aos mais diversos ambientes tornam a mineração de dados públicos uma fonte de potenciais inovações biotecnológicas para diversas aplicações. Entretanto, o processamento de dados de metagenômica impõe uma série de desafios para a mineração. Para que os dados sejam processados de forma eficiente se faz necessária a utilização de uma série de aplicações integradas, permitindo a execução em ambiente de computação de alto desempenho. As interações entre membros de comunidades microbianas, bem como com seus ambientes, são mediadas por uma ampla gama de metabólitos. A principal abordagem experimental utilizada para o estudo dos metabolomas microbianos é a cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas em série. Essa técnica permite grande flexibilidade na separação e detecção de metabólitos polares de diferentes classes químicas. Com a expansão dos repositórios de dados públicos contendo experimentos de espectrometria, diversos métodos para correlacionar dados de moléculas e genes têm emergido. Apesar dos avanços da bioinformática em aplicação para anotação funcional de sequências gênicas e metabólitos associados, uma parte significativa dessas sequências permanece funcionalmente não caracterizada. Novos modelos preditivos para anotação funcional vêm utilizando características estruturais e funcionais subjacentes, compartilhadas e preservadas nas sequências de aminoácidos. Embora a mineração e as ferramentas preditivas componham uma etapa essencial da prospecção de vias biossintéticas, a expressão de muitos genes possui uma regulação complexa, e portanto necessita de um conjunto de componentes reguladores, como promotores e terminadores, que possibilitem a sua expressão apropriada. Uma vez estabelecidas plataformas de prospecção, predição e expressão gênica, a necessidade de testar a ação dos microrganismos e seus genes sob várias condições experimentais se torna um grande obstáculo a novas descobertas. A automação de culturas microbianas possibilita o controle preciso das condições de crescimento, permitindo uma ampla gama de estudos. O Laboratório de Quimio-Biologia Computacional (http://ccbl.fcfrp.usp.br/) vem se consolidando no campo da metabolômica e mais recentemente no campo da genômica. Em sua nova fase da pequisa, o laboratório pretende integrar métodos exploratórios e preditivos a um conjunto de métodos de validação que permitam que as hipóteses levantadas por esses estudos sejam testadas e encurtem os ciclos de geração de novos alvos biotecnológicos e refinamento dos métodos computacionais. Essa etapa da pesquisa já foi inciada e os primeiros trabalhos já foram submetidos à revisão. Estes trabalhos contemplam o sequenciamento de genomas, integração de metabolômica e genômica, a automação de culturas microbianas e monitoramento do metabolismo utilizando metabolômica. O presente projeto prevê a expansão destas abordagens, com a incorporação de plataformas de biossíntese de candidatos obtidos das etapas de mineração e predição, como complemento chave aos métodos de controle de culturas microbianas.

Chamada CNPq n. 21/2023 - Faixa B - estudos Primários e Originais Processo 445136/2023-5. É atribuição da farmacovigilância a análise de banco de dados de notificação de incidentes de segurança do paciente. Esta atividade contribui para identificar padrões e tendências em relação a eventos adversos associados a medicamentos, avaliar a relação risco/benefício da utilização de medicamentos comercializados, verificar grupos de pacientes com maior risco e colaborar para a qualidade e segurança da assistência à saúde prestada no Sistema Único de Saúde. Não é de nosso conhecimento estudos brasileiros realizados em base de dados que avaliaram incidentes de segurança relacionados ao uso de psicotrópicos. Além disso, apesar da literatura demonstrar a prevalência de eventos adversos relacionados ao uso de antimicrobianos notificados ao Sistema Nacional de Vigilância Sanitária, não foram desenvolvidas estratégias de comunicação e mitigação de risco. Por isso, o presente estudo visa caracterizar os incidentes de segurança do paciente relacionados ao uso de antimicrobianos e de psicotrópicos notificados ao Centro de Vigilância Sanitária do Estado de São Paulo (CVS-SP), bem como os fatores de risco para sua ocorrência. Para tanto, será conduzido um estudo ecológico no período de 06 de maio de 2005 a 31 de dezembro de 2023 na base de dados de farmacovigilância do CVS-SP (PeriWeb). As variáveis de interesse compreenderão: etiologia, gravidade e nexo de imputação causal dos incidentes, bem como os fatores de risco para ocorrência. Com a obtenção dos resultados, serão elaborados alertas de segurança, boletins informativos e material educativo para letramento em saúde de profissionais e pacientes. Deste modo, tomada de decisão clínica baseada em evidências poderá ser discutida e implementada no âmbito da Secretaria de Saúde do Estado de São Paulo. Isto é possível, pois uma das atribuições dos centros periféricos ou locais, como o CVS-SP, é o desenvolvimento de métodos para obter sinais de segurança e alertas precoces. Assim, espera-se contribuir para a segurança do paciente.

Plantas e organismos vivos emitem, detectam e respondem a estímulos químicos, criando assim um número quase ilimitado de interações por meio de sinais químicos. A maioria dessas moléculas é classificada como metabólitos secundários e é uma importante área de pesquisa em nosso país. Os avanços tecnológicos e intelectuais nas últimas duas décadas permitiram o desenvolvimento de análises de produtos naturais em vários níveis moleculares, incluindo diversidade molecular e taxonomia, ecologia química, compreensão de ritmos circadianos entre outros. Esses avanços também aprofundaram nossa compreensão da natureza para abranger interações em vários níveis de organismos em diferentes taxas. Os instrumentos de espectrometria de massa são ferramentas importantes para investigar a química incrivelmente diversa que está associada a esses sistemas biológicos. Nossa capacidade de inventariar essa química, usando ferramentas modernas, tem aumentado nosso entendimento da função do metabolismo secundário. Neste projeto, pretendemos desenvolver estratégias de informáticas e de espectrometria na análise universal de pequenas moléculas, buscando estabelecer um entendimento abrangente dos produtos naturais em diferentes modelos biológicos e buscando agregar valor a essas substâncias através da avaliação farmacológica.

Um dos grandes desafios das ciências genômicas é navegar complexos conjuntos de dados e obter sumários concisos e informativos de complexas estatísticas multivariadas ( 1 ). Novas tecnologias de visualização interativa que têm como alvo os modernos navegadores web para representação, têm mostrado um grande potencial para estender a capacidade e performance de interagir com grandes conjuntos de dados e promover uma melhor interpretação dos resultados ( 2 ). Este subprojeto pretende criar uma biblioteca de representação dinâmica de sumários de estatísticas multivariadas, utilizando tecnologias web , tais como o arcabouço de visualizações disponibilizado na biblioteca de JavaScript data-driven documents (d3.js)( 3 ). A criação de uma interface mais responsiva e dinâmica, tem como objetivo o melhoramento significativamente da usabilidade das ferramentas, e consequentemente o potencial de descobertas da análise exploratória. Estas ferramentas serão formatadas como microsserviços (projeto principal associado) para otimizar a modularização e reutilização.

O uso regular de cosméticos é amplamente difundido na sociedademoderna. Entretanto, o impacto da composição química dos cosméticos naconstituição das comunidades microbianas na pele é pouco compreendido(Bouslimani et al. BMC Biology (2019) 17:47). A análise dosequenciamento dos genes do rRNA 16S é uma das principais ferramentaspara obtenção de marcadores representativos da taxonomia emcomunidades microbianas. O perfil taxonômico obtido pelosequenciamento do 16S pode também ser utilizado para inferênciafuncional das comunidades microbianas. O presente convênio tem comoobjetivo a capacitação de recursos humanas para análise funcional decomunidades microbianas na pele, possibilitando a criação deferramentas de prospecção de atividades metabólicas reguladas pormicrorganismos.

A evolução no volume de dados gerados nos experimentos modernos de ciências ômicas tem suscitado o desenvolvimento de novos métodos analíticos para explorar conjuntos complexos de dados multidimensionais. Ao mesmo tempo que os novos experimentos disponíveis apresentam desafios conceituais, a recente disponibilidade de um grande número de dados experimentais públicos fornece pela primeira vez a oportunidade de aplicar as tecnologias desenvolvidas em outros campos para o manejo de megadados (Big Data). Esta possibilidade vem de encontro à demanda nacional por uma plataforma comunitária para análise e gerenciamento de grandes conjuntos de dados, explorando o potencial da biodiversidade brasileira para a descoberta de produtos naturais com aplicações farmacêuticas. Estima-se que 60 de todos os medicamentos atualmente registrados tenham um produto natural envolvido no seu desenvolvimento e que a biodiversidade brasileira corresponda a cerca de 20 da biodiversidade mundial. Análises baseadas em megadados possibilitam a detecção de correlações entre as variáveis amostradas (e.g. metabólitos) e o estado do sistema em estudo (e.g. paciente sadio versus paciente doente), que não podiam ser observadas com a profundidade e detalhamento com que os sistemas eram analisados anteriormente. Recentemente diversos métodos de predição de vias biossintéticas de produtos naturais foram automatizados e se tornaram disponíveis publicamente. A validação em larga escala dessas predições foi demonstrada através da aplicação da metabolômica não-direcionada combinada a superexpressão em larga escala de proteínas e utilização de lisados celulares para a descoberta de novas atividades enzimáticas e novas estruturas de metabólitos. Esta abordagem é relativamente simples e de baixo custo, e apresenta um grande potencial biotecnológico. Dentro deste contexto, o presente projeto tem por objetivo a extensão de uma instância da plataforma Galaxy para análise de experimentos de ciências ômicas. O fluxo de análises contará com módulos originais para otimização da detecção de íons em experimentos de metabolômica não direcionada, pareando a descoberta de vias biossintéticas e novas estruturas de produtos naturais. Essa infraestrutura será utilizada para suportar colaborações estratégicas implementando uma plataforma de expressão heteróloga em microrganismos. Para potencializar o uso comunitário da plataforma, explorando o uso de análises de estatística multivariada aplicadas para diferentes sistemas biológicos, a presente proposta prevê a integração a dois Projetos Temáticos da FAPESP ligados ao Biota. Um deles fornecendo suporte em espectrometria de massas, coordenado pelo Prof. Dr. Norberto Peporine Lopes e outro sobre bioprospecção de produtos naturais marinhos coordenado pela Prof. Dra. Letícia Veras Costa Lotufo. Visando ampliar o projeto para o reino vegetal iniciamos também uma interação com o Projeto do Programa SPEC da FAPESP coordenado pelo Prof. Dr. Jonathan James Lloyd que visa um estudo de grande amostragem experimental sobre o Bioma negligenciado da Caatinga. Essas interações permitirão um acesso a uma diversa coleção de megadados que somadas aos experimentos aqui propostos serão utilizadas para validar uma plataforma integrando recursos digitais em múltiplas camadas. Esta abordagem introduz um manejo racional de hardware e a implementação flexível de software sob demanda que deverá criar uma nova linha de pesquisa que beneficiará a estrutura de pesquisa da Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto (FCFRP-USP).

O crescente acúmulo de informações na literatura científica torna a tarefa da atualização de bancos de dados um dos grandes desafios da ciência contemporânea. O objetivo dos métodos de mineração de textos é a rápida captura de informação e disponibilização de uma maneira facilmente interpretável para o usuário humano. A estratégia de disponibilizar informações de maneira facilmente interpretável possibilita a recuperação semi-automatizada de informações, superando as limitações da atualização dos bancos de dados tradicionais e a dificuldade de acompanhar a literatura científica. A possibilidade de que os usuários possam visualizar, editar e arquivar os textos encontrados em uma plataforma web de fácil acesso são essenciais para uso efetivo da informação. Durante anos a comunidade científica vem tentando formalizar a nomenclatura química, entretanto, instituições como IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), IUBMB (International Union of Biochemistry and Molecular Biology), e CAS (Chemical Abstracts Service) propuseram soluções que não são exaustivas e possuem conflitos. Um dos desafios do processamento de linguagem natural, diferente de protocolo de troca de informações entre computadores, é ser caracterizada por ambiguidade e variabilidade abruptas. As aplicações de mineração de textos são fundamentadas pela linguística, o estudo científico da linguagem. Dois dos princípios fundamentais da linguística são a estruturação em múltiplas camadas e a ambiguidade em cada camada. Topic modeling é um modelo probabilístico generativo crescentemente utilizado em mineração de textos e recuperação da informação, pela sua habilidade de processar grandes coleções de textos. Um dos modelos probabilísticos mais empregados é o Latent Dirichlet Allocation (LDA). O objetivo do presente projeto é a implementação de um método de mineração de texto, utilizando o modelo Latent Dirichlet Allocation fornecendo suporte ao projeto de mestrado associado.

Os ecossistemas marinhos brasileiros têm uma importância estratégica para o país. Contudo, o uso sustentável dos recursos permanece um desafio de difícil equacionamento, uma vez que temos lacunas de conhecimento básico, o que não nos permite ter uma real dimensão da diversidade biológica associada a esse ambiente e sua fragilidade. Neste contexto, este projeto tem como objetivo o desenvolvimento de uma estratégia integrada de trabalho, buscando estabelecer um novo paradigma na bioprospecção em ambientes marinhos. I. Mérito intelectual: Esta proposta tem como objetivo o uso de uma abordagem integrada para o isolamento de substâncias com atividade anticâncer a partir de microrganismos marinhos associados a ascídias, corais e ao sedimento do litoral brasileiro. A premissa fundamental é o uso de diferentes estratégias de prospecção, incluindo aquelas dependentes (fracionamento guiado pela atividade biológica e pelo alvo terapêutico) e independentes de cultivo (metabolômica e metagenômica). Além disso, essa abordagem integrada permitirá a descrição de padrões funcionais de organização da diversidade. Os alvos terapêuticos propostos incluem os fatores de transcrição anti-senescência, Tbx2 e Tbx3, envolvidos no processo de tumorigênese. Não se conhecem até o momento, entretanto, moduladores exógenos que possam atuar sobre sua função biológica. Sendo assim, a identificação de substâncias naturais com potencial modulação dessa via de sinalização agrega um forte potencial de inovação para a proposta. II. Impacto: A abordagem aqui sugerida será utilizada para uma avaliação abrangente de padrões emergentes da diversidade em diferentes níveis: dos genes à expressão do metabolismo secundário, sob o paradigma de uso sustentável dos recursos naturais. III. Integração: A abordagem integrativa da presente proposta envolve pesquisadores de diferentes áreas do conhecimento em um objetivo comum, compartilhando dados através de plataformas eletrônicas e convergindo conhecimento para a promoção da conservação e valoração da biodiversidade. Vale destacar, especialmente, que esta proposta é essencialmente multidisciplinar e com grande potencial de inovação, pois está inserida numa área extremamente promissora que visa à prospecção sustentável de recursos do mar com a finalidade de identificar novos produtos biotecnológicos, bem como de legitimar novos alvos moleculares anticâncer..

As of Jan 20, 2016 there are 645 publicly visible mass spectrometry based metabolomics

projects distributed among four of the main metabolomic data repositories (MetaboLights, GNPS,

Metabolomics Workbench and XC-MS online). Of these, there are 427 projects that have raw data

that can be accessed and downloaded by the scientific community. Although these data sets are

publicly accessible, they are not being reused. The simple reason for lack of reuse of metabolomics

data is because the scientific community does not yet know how to do this. This situation is

reminiscent to the evolution of sequencing data 30 years ago. Repositories for sequencing data were

beginning to be created, but as the databases grew in size and computer power increased, data formats

needed to be unified and algorithmic and software solutions needed to be developed, which ultimately

led reuse of sequencing data on masse. One reason that metabolomics has not advanced as

significantly is because there is no unification of data and advanced algorithms for metabolomics

require enormous compute power. The compute power is just getting to a point that very advanced

algorithms for metabolomics can be performed at massive scales. Here we will build on our crowd

source analysis platform called GNPS (http://gnps.ucsd.edu) that, according to ref 24 is already the

largest database of unknown spectra from the projects and provides the largest number of unique

reference spectra, to reanalyze all public data that contains MS/MS spectra. We will also aim to

develop new scoring metrics that compare all metabolomic data, irrespective of extraction conditions,

and instrument parameters, akin to the way UniFrac has enabled the comparison of microbiome data

even when different DNA isolation protocols were used or different sequence runs were performed.

In other words, where in the universe of chemical space does a specific metabolomics project lie and

can we use such a map of the metabolomic universe to provide local biological inferences and/or

global inferences into the biology being studied.

Molecular networking combined with a large fragmentation database has a broad range of applications to natural products community. However, the compound identification is hampered by limitations on the chemical space coverage of fragmentation databases. Recent advances on in silico fragmentation have shown the potential to predict fragmentation spectrum from compound structure libraries, that can be matched against experimental spectrum. The fusion of molecular networking, spectral database matching and in silico fragmentation matching can extend the applications of networking beyond the known chemical space. Once we achieve a comprehensively annotated molecular network, expert knowledge for network manual inspection is still require. This project aims to create a simple proof of concept application, that can add in silico fragmentation annotation to the molecular network generated by GnPS, and search subnetworks created and stored by users. The ability of store annotated network signatures on large network can further impact on several applications and accelerate the understanding of metabolism.

A bioprospecção de produtos naturais é um processo complexo e trabalhoso, que demanda alto investimento monetário e intensa inspeção manual para isolar e identificar compostos ativos, a partir de uma fonte de produtos naturais. Espécies endêmicas brasileiras de Lychnophora (Asteraceae) figuram como um rico gênero de plantas que têm sido utilizadas como fonte para prospecção de produtos naturais. Os compêndios públicos de informações moleculares, com organização biológica hierárquica do potencial catalítico e regulatório do genoma, vias metabólicas e compostos potencialmente produzidos, são incipientes, muitas vezes inexistentes, para espécies de Lychnophora. Estudos recentes de reconstrução do metabolismo realizam buscas exaustivas de informações genéticas e bioquímicas de um determinado organismo, reconstruindo o metabolismo conhecido para o mesmo. Esta abordagem permite melhores inferências do potencial químico do organismo, potencializando sua exploração biotecnológica. Além da ausência de compêndios organizados para inferência do metabolismo para espécies de Lychnophora, com os métodos convencionais de prospecção, analisando extratos vegetais, a informação espacial de metabólitos no tecido, células e organelas celulares é perdida. A técnica de IMS (Imaging Mass Spectrometry) permite a coleta de espectros de massas em centenas de milhares de pontos, em coordenadas predefinidas de área de tecido. Com estes espectros é possível confeccionar um mapa de distribuição tecidual da substância alvo sobre uma imagem to tecido obtida, por exemplo, a partir de um scanner. Utilizar um compêndio biologicamente hierarquizado de compostos conhecidos em Lychnophora, e sua compartimentalização em reações e vias metabólicas, permite a busca de produtos naturais em regiões espacialmente delimitadas do tecido vegetal e pode ser muito útil para a compreensão da sua função biológica, bem como orientar a melhoria do seu isolamento. Diante da grande complexidade dos conjuntos de dados produzidos nos experimentos de MALDI-imaging e da carência de bases de comparação para anotação dos metabólitos e inferência de processos bioquímicos, o presente projeto tem como objetivos construir uma base de dados hierarquizada com informações genéticas e bioquímicas de espécies filogeneticamente relacionadas a Lychnophora e realizar a inferência computacional de grafos de vias metabólicas espacialmente específicas, utilizando dados obtidos a partir de IMS.

O potencial crescente de geração de perfis metabólicos torna a habilidade de triar os dados gerados e de realizar uma analise comparativa confiável uma condição estritamente necessária para o sucesso da metabolômica em cana de açúcar. Para tanto, é necessário o desenvolvimento de novas ferramentas para o manuseio efetivo da informação in silico. No presente projeto, temos a intenção de trazer para o campo da metabolômica o mesmo tipo de revolução experimentado pelo campo da proteômica, com a introdução de ferramentas probabilísticas úteis e precisas para anotação de metabólitos em medições high-throughput de espectrometria de massa, com um método probabilístico para a atribuição de fórmulas empíricas a picos de massa, que possibilita a identificação de rotas metabólicas através das relações entre os metabólitos.

A suscetibilidade ou não de plantas a doenças é um fenômeno complexo governado por mecanismos específicos de reconhecimento e sinalização celular que permitem ou não ao patógeno invadir e multiplicar-se na célula hospedeira. Embora a compreensão dos processos moleculares relacionados com o estabelecimento da infecção e das vias de sinalização envolvidas nestes processos sejam de suma importância para o melhoramento genético visando resistência durável, o conhecimento dos determinantes genéticos e bioquímicos da planta envolvidos na interação com agentes patogênicos necrotróficos é ainda incipiente. Visando entender as vias de transdução de sinais envolvidas na resistência do tomateiro à Alternaria solani, Scheuermann et al. (2004), utilizando a técnica de suppression subtractive hybridization (SSH), identificou vários genes diferencialmente expressos em tomateiro em resposta à infecção por este patógeno. Dando continuidade a este trabalho, este projeto tem por objetivos: 1) determinar a estrutura completa, incluindo promotor, de dez genes identificados, 2) comprovar a função biológica desses genes por meio da superexpressão da ORF completa dos genes caracterizados, tanto na orientação senso como anti-senso. Esses estudos além de ampliarem o conhecimento dessa interação planta-patógeno, poderão auxiliar no desenvolvimento de plantas de tomateiro mais resistentes à A. solani por meio da manipulação dos genes envolvidos nas rotas de sinalização e defesa.

A falta de conhecimento sobre o patossistema bactérias-eucalipto tem dificultado a diagnose de doenças nesta cultura (FERREIRA, 1998) e a constatação de manchas de folhas em plantas de Eucalyptus spp. Em viveiro e campo em alta incidência e severidade (Alfenas, A. C., Ferreira, F. A., Universidade Federal de Viçosa), associadas às bactérias em diferentes regiões no Brasil, é fato novo na cultura do eucalipto. Dado ao risco associado às doenças desta natureza, e à ausência de informações a respeito, desperta-se o interesse para estudos deste patossistema que tem como objetivos: a) identificar os agentes etiológico da mancha foliar e da murcha do eucalipto, e b) estudo de aspectos epidemiológicos da interação patógeno - hospedeiro. Na primeira fase do trabalho far-se-á o levantamento e a identificação, a nível de espécie, de bactérias associadas às manchas foliares e a murcha de Eucalyptus spp. no Brasil; na segunda fase, avaliar-se-á a resistência de espécies e clones de Eucalyptus spp. a estas doenças.