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Título: Ferramenta web para descoberta e categorização de genes cry
Autor(es): Nascimento, Erinaldo Sanches
Orientador(es): Bovo, Alessandro Botelho
Palavras-chave: Análise cladística
Bactérias - Identificação
Pragas agrícolas - Controle
Cladistic analysis
Bacteria - Identification
Agricultural pests - Control
Data do documento: 27-Set-2017
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Cornelio Procopio
Citação: NASCIMENTO, Erinaldo Sanches. Ferramenta web para descoberta e categorização de genes cry. 2017. 107 f. Dissertação (Mestrado em Bioinformática) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2017.
Resumo: O Bacillus thuringiensis (Bt) é uma bactéria formadora de esporos que produz as toxinas Cry, Cyt e Vip, como cristais parasporais, que têm demonstrado serem eficazes no controle de pragas agrícolas e mosquitos vetores de doenças. Os genes codificantes dessas toxinas têm sido usados no desenvolvimento de plantas transgênicas resistentes a insetos. A adoção do biopesticida Bt permite a redução no uso de inseticidas sintéticos, e não oferece riscos ou danos à saúde humana. No entanto, muitas pragas de insetos não são suscetíveis a tais toxinas já identificadas. Até agora, foram identificados mais de 700 genes de Bt relacionados à toxina Cry, alvo nesse trabalho, classificados em mais de 70 grupos. Uma alternativa para as pragas que não são suscetíveis às toxinas Cry parentais é o isolamento de outras cepas de Bt com novos genes cry com maior toxicidade, bem como a identificação das moléculas receptoras e epitopos de ligação e a triagem de novas proteínas Cry com toxicidade para novos insetos. Outra alternativa é a evolução genética in vitro de tais toxinas. Para auxiliar no processo de encontrar novos genes cry foi desenvolvida uma base de dados curada de genes cry e implementada uma ferramenta web para a identificação e a categorização de uma determinada sequência alvo como pertencente a uma família de gene cry. Todo o processo de classificação e categorização combina programas de bioinformática como HMMER, BEDTools, MUSCLE e BLAST. A ferramenta apresenta ao usuário uma lista das sequências alvo com maior identidade para ser um gene cry. O usuário seleciona uma dessas sequências para analisar o alinhamento com sequências públicas de genes de Bt. O mesmo procedimento permite reconstruir a árvore filogenética por intermédio de uma matriz de similaridade para identificar os parentes mais próximos. Esse processo pode ser repetido para todas as sequência disponíveis. Os resultados apontaram que a ferramenta tem a capacidade de apoiar o usuário na tarefa de identificar proteínas Cry, com base na sequência de DNA, visando descrever uma proteína já existente ou uma nova proteína Cry, que possa apresentar maior toxicidade e ser empregada para atuar no controle de pragas e vetores de doenças, em um amplo espectro de ação, atingindo as que atualmente não são sensíveis às toxinas Cry ou que são controladas de forma ineficiente.
Abstract: Bacillus thuringiensis (Bt) is a spore-forming bacterium that produces Cry, Cyt and Vip toxins as parasporal crystals, which have demonstrated to be effective in controlling agricultural pests and mosquito vectors of diseases. The genes encoding these toxins have been used in the development of insect-resistant transgenic plants. The adoption of Bt biopesticide allows the reduction in the use of synthetic insecticides, and does not offer risks or damages to human health. However, many insect pests are not susceptible to such already identified toxins. So far, more than 700 Cry toxin-related Bt genes have been identified, targeted in this work, classified into more than 70 groups. An alternative for pests that are not susceptible to parental Cry toxins is the isolation of other Bt strains with new cry genes with higher toxicity, as well as the identification of receptor molecules and binding epitopes and the screening of novel Cry proteins with toxicity to new insects. Another alternative is the in vitro genetic evolution of such toxins. To aid in the process of finding new cry genes, a cured cry gene database has been developed and a web tool has been implemented for the identification and categorization of a particular target sequence as belonging to a cry gene family. The entire classification and categorization process combines bioinformatics programs such as HMMER, BEDTools, MUSCLE and BLAST. The tool presents the user with a list of the target sequences with the highest identity to be a cry gene. The user selects one of these sequences to analyze the alignment with public sequences of Bt genes. The same procedure allows to reconstruct the phylogenetic tree through a matrix of similarity to identify the closest relatives. This process can be repeated for all available sequences. The results pointed out that the tool has the ability to support the user in the task of identifying Cry proteins, based on the DNA sequence, in order to describe an existing protein or a new Cry protein, which may present higher toxicity and be employed to act in the pest control and disease vectors in a broad spectrum of action, reaching those currently not sensitive to Cry toxins or that are inefficiently controlled.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3383
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