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Desenvolvimento de ferramentas para a análise de metagenomas
| Summary: | A metagenômica é uma abordagem que envolve o estudo do conteúdo genético total de uma amostra ambiental, podendo o ambiente ser desde uma amostra de solo a uma biópsia humana - em suma, qualquer fonte de microorganismos. Dados metagenômicos podem ser gerados pela metodologia chamada sequenciamento (shotgun) de genoma completo (SGC), que consiste no sequenciamento de todos os fragmentos de DNA obtidos da amostra, independente da presença ou ausência de marcadores. A análise de dados de metagenomas shotgun na bioinformática compreende várias diferentes etapas, contendo tipicamente o pré-processamento das sequências obtidas, a classificação taxonômica dessas sequências, a anotação funcional dos genes presentes e a montagem dessas sequências fragmentadas - as leituras - em sequências contíguas. Para este fim, é selecionado um conjunto de ferramentas computacionais que consigam, a partir do dado bruto, obter resultados interpretáveis e que gerem novas descobertas biológicas. No entanto, a escolha do ferramental ainda é um desafio visto que é um fator de alto impacto na acurácia, na formatação e no tipo de identificador obtido no resultado final - que, consequentemente, influenciará na busca de uma resposta biológica. No trabalho atual, propomos o MEDUSA, um fluxo de trabalho modular abrangendo uma série de ferramentas, capaz de executar o pré-processamento das sequências, a classificação taxonômica, o alinhamento contra um banco de dados referência, a montagem das sequências e a anotação funcional dos genes. O processo de desenvolvimento do MEDUSA envolveu a seleção de ferramentas para cada uma dessas etapas através de comparações de suas performances, ou benchmarks, e também o desenvolvimento em si de novas ferramentas, como o annotate, que realiza a anotação funcional de identificadores obtidos no alinhamento, e o MicroView, que processa resultados da classificação taxonômica, produzindo um relatório interativo com métricas de qualidade e biodiversidade. Através da seleção e do desenvolvimento desse conjunto de ferramentas, buscamos fornecer à metagenômica uma metodologia customizável de fácil configuração e execução que se equipare ou supere as alternativas atuais. |
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| Main Authors: | Cavalcante, João Vitor Ferreira |
| Subject: | Metagenômica Sequenciamento shotgun Bioinformática Fluxo de trabalho Classificação taxonômica Metagenomics Shotgun sequencing Bioinformatics Workflow Taxonomic classification |
| Year: | 2023 |
| Country: | Brazil |
| Document type: | bachelor thesis |
| Access type: | open access |
| Associated institution: | IBICT |
| Language: | Portuguese |
| Origin: | Oasisbr |
| Summary: | A metagenômica é uma abordagem que envolve o estudo do conteúdo genético total de uma amostra ambiental, podendo o ambiente ser desde uma amostra de solo a uma biópsia humana - em suma, qualquer fonte de microorganismos. Dados metagenômicos podem ser gerados pela metodologia chamada sequenciamento (shotgun) de genoma completo (SGC), que consiste no sequenciamento de todos os fragmentos de DNA obtidos da amostra, independente da presença ou ausência de marcadores. A análise de dados de metagenomas shotgun na bioinformática compreende várias diferentes etapas, contendo tipicamente o pré-processamento das sequências obtidas, a classificação taxonômica dessas sequências, a anotação funcional dos genes presentes e a montagem dessas sequências fragmentadas - as leituras - em sequências contíguas. Para este fim, é selecionado um conjunto de ferramentas computacionais que consigam, a partir do dado bruto, obter resultados interpretáveis e que gerem novas descobertas biológicas. No entanto, a escolha do ferramental ainda é um desafio visto que é um fator de alto impacto na acurácia, na formatação e no tipo de identificador obtido no resultado final - que, consequentemente, influenciará na busca de uma resposta biológica. No trabalho atual, propomos o MEDUSA, um fluxo de trabalho modular abrangendo uma série de ferramentas, capaz de executar o pré-processamento das sequências, a classificação taxonômica, o alinhamento contra um banco de dados referência, a montagem das sequências e a anotação funcional dos genes. O processo de desenvolvimento do MEDUSA envolveu a seleção de ferramentas para cada uma dessas etapas através de comparações de suas performances, ou benchmarks, e também o desenvolvimento em si de novas ferramentas, como o annotate, que realiza a anotação funcional de identificadores obtidos no alinhamento, e o MicroView, que processa resultados da classificação taxonômica, produzindo um relatório interativo com métricas de qualidade e biodiversidade. Através da seleção e do desenvolvimento desse conjunto de ferramentas, buscamos fornecer à metagenômica uma metodologia customizável de fácil configuração e execução que se equipare ou supere as alternativas atuais. |
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