Publication
Evolutionary dynamics of bacterial genomes and metagenomes
| Summary: | A resistência a antibióticos representa uma ameaça crescente à saúde pública. Muitos agentes patogénicos, para além dos genes de virulência, possuem também genes de resistência a antibióticos, o que compromete o tratamento por antibioterapia, incluindo o tratamento de infeções causadas pelos agentes patogénicos mais virulentos. Nesse contexto, destaca-se o grupo de bactérias ESKAPEE (que inclui Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter spp., e Escherichia coli) que é particularmente problemático, dada a sua elevada capacidade de adquirir resistências que comprometem a eficácia dos antibióticos disponíveis. Os plasmídeos são elementos genéticos extracromossomais, geralmente circulares e de tamanho variável, replicando-se de forma independente do cromossoma hospedeiro e encontrando-se disseminados em inúmeras espécies de bactérias e arqueias. Caracterizam-se por terem uma elevada plasticidade genética que lhes permite adquirir e disseminar genes que conferem vantagens seletivas aos seus hospedeiros, incluindo resistência a antibióticos, virulência e tolerância a metais pesados ou outros compostos tóxicos. Um aspeto central para compreender a relevância e a ecologia dos plasmídeos é a sua mobilidade. Os plasmídeos conjugativos codificam todos os genes necessários para a sua transferência autónoma entre células. Os plasmídeos mobilizáveis, por sua vez, dependem da maquinaria de plasmídeos conjugativos presentes na mesma célula, enquanto os plasmídeos denominados não-transmissíveis não se conseguem transferir através de conjugação porque lhes faltam todos os genes necessários para a sua transferência. A capacidade de os plasmídeos promoverem transferência horizontal de genes contribui para a adaptação das bactérias a diferentes contextos ambientais, através do aumento da sua diversidade genética, possibilitando a rápida resposta a pressões seletivas. Os plasmídeos são, portanto, fatores-chave para a evolução bacteriana. |
|---|---|
| Main Authors: | Rebelo,Célia Patrícia Ferreira Domingues |
| Subject: | Plasmids Antibiotic Resistance Virulence Genetic Diversity Plasmid Mobility Plasmídeos Resistência a Antibióticos Virulência Diversidade Genética Mobilidade Plasmídica |
| Year: | 2026 |
| Country: | Portugal |
| Document type: | doctoral thesis |
| Access type: | embargoed access |
| Associated institution: | Universidade de Lisboa |
| Language: | English |
| Origin: | Repositório da Universidade de Lisboa |
| _version_ | 1877770257625513984 |
|---|---|
| author | Rebelo,Célia Patrícia Ferreira Domingues |
| author_facet | Rebelo,Célia Patrícia Ferreira Domingues |
| author_role | author |
| contributor_name_str_mv | Dionísio,Francisco André de Campos Pereira Nogueira,Teresa Faculty of Sciences Repositório Científico de Acesso Aberto da ULisboa |
| country_str | PT |
| creators_json_txt | [{\"Person.name\":\"Rebelo,Célia Patrícia Ferreira Domingues\"}] |
| datacite.contributors.contributor.contributorName.fl_str_mv | Dionísio,Francisco André de Campos Pereira Nogueira,Teresa Faculty of Sciences Repositório Científico de Acesso Aberto da ULisboa |
| datacite.creators.creator.creatorName.fl_str_mv | Rebelo,Célia Patrícia Ferreira Domingues |
| datacite.date.Accepted.fl_str_mv | 2026-01-15T00:00:00Z |
| datacite.date.available.fl_str_mv | 2026-05-29T15:55:00Z |
| datacite.date.embargoed.fl_str_mv | 2026-05-29T15:55:00Z |
| datacite.rights.fl_str_mv | http://purl.org/coar/access_right/c_f1cf |
| datacite.subjects.subject.fl_str_mv | Plasmids Antibiotic Resistance Virulence Genetic Diversity Plasmid Mobility Plasmídeos Resistência a Antibióticos Virulência Diversidade Genética Mobilidade Plasmídica |
| datacite.titles.title.fl_str_mv | Evolutionary dynamics of bacterial genomes and metagenomes |
| dc.contributor.none.fl_str_mv | Dionísio,Francisco André de Campos Pereira Nogueira,Teresa Faculty of Sciences Repositório Científico de Acesso Aberto da ULisboa |
| dc.creator.none.fl_str_mv | Rebelo,Célia Patrícia Ferreira Domingues |
| dc.date.Accepted.fl_str_mv | 2026-01-15T00:00:00Z |
| dc.date.available.fl_str_mv | 2026-05-29T15:55:00Z |
| dc.date.embargoed.fl_str_mv | 2026-05-29T15:55:00Z |
| dc.description.none.fl_str_mv | Bacteria are diverse microorganisms, playing central roles in ecosystems and serving as reservoirs of genetic diversity. Many bacteria harbor plasmids, which are key extrachromosomal genetic elements that have autonomous replication and drive bacterial evolution by disseminating adaptive traits, such as antimicrobial resistance and virulence. The ability of plasmids to move between cells shapes the dynamics of microbial communities in human, animal, and environmental contexts, in line with the One Health concept. This thesis aimed to evaluate the genetic diversity of plasmids and study the presence of resistance and virulence genes at different levels: in plasmids, complete genomes, and metagenomes. The diversity of virulence and resistance genes correlates at the level of metagenomes, but not at the cellular, chromosomal, or plasmid levels. However, at these three levels, genes involved in resistance to certain antibiotic families co-occur with genes involved in resistance to other antibiotic families or with virulence genes. Co-occurrences of resistance families are mostly common in conjugative plasmids. Interestingly, these co-occurrences are less frequent in plasmids isolated from the major bacterial pathogens (known as the ESKAPEE group) than in plasmids isolated from the other bacterial species. Moreover, plasmid taxonomic units (PTUs) are distributed unevenly, with a small number of PTUs having many plasmids and many taxonomic units having a low number of plasmids. Interestingly, these rare PTUs constitute a significant source of genetic diversity, including a wide diversity of virulence genes. However, results concerning gene diversity or the proportion of plasmid types may differ between repositories, and whether they derive from isolates or metagenomes. Altogether, our findings reinforce the role of plasmids in the evolution and dissemination of antimicrobial resistance. We provide new insights into how plasmid mobility and distribution shape the emergence of multidrug resistance, with implications for surveillance, public health, and potential biotechnological applications. |
| dc.format.none.fl_str_mv | application/pdf |
| dc.identifier.none.fl_str_mv | http://hdl.handle.net/10400.5/118830 |
| dc.language.none.fl_str_mv | eng |
| dc.rights.none.fl_str_mv | http://purl.org/coar/access_right/c_f1cf |
| dc.subject.none.fl_str_mv | Plasmids Antibiotic Resistance Virulence Genetic Diversity Plasmid Mobility Plasmídeos Resistência a Antibióticos Virulência Diversidade Genética Mobilidade Plasmídica |
| dc.title.fl_str_mv | Evolutionary dynamics of bacterial genomes and metagenomes |
| dc.type.none.fl_str_mv | http://purl.org/coar/resource_type/c_db06 |
| description | A resistência a antibióticos representa uma ameaça crescente à saúde pública. Muitos agentes patogénicos, para além dos genes de virulência, possuem também genes de resistência a antibióticos, o que compromete o tratamento por antibioterapia, incluindo o tratamento de infeções causadas pelos agentes patogénicos mais virulentos. Nesse contexto, destaca-se o grupo de bactérias ESKAPEE (que inclui Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter spp., e Escherichia coli) que é particularmente problemático, dada a sua elevada capacidade de adquirir resistências que comprometem a eficácia dos antibióticos disponíveis. Os plasmídeos são elementos genéticos extracromossomais, geralmente circulares e de tamanho variável, replicando-se de forma independente do cromossoma hospedeiro e encontrando-se disseminados em inúmeras espécies de bactérias e arqueias. Caracterizam-se por terem uma elevada plasticidade genética que lhes permite adquirir e disseminar genes que conferem vantagens seletivas aos seus hospedeiros, incluindo resistência a antibióticos, virulência e tolerância a metais pesados ou outros compostos tóxicos. Um aspeto central para compreender a relevância e a ecologia dos plasmídeos é a sua mobilidade. Os plasmídeos conjugativos codificam todos os genes necessários para a sua transferência autónoma entre células. Os plasmídeos mobilizáveis, por sua vez, dependem da maquinaria de plasmídeos conjugativos presentes na mesma célula, enquanto os plasmídeos denominados não-transmissíveis não se conseguem transferir através de conjugação porque lhes faltam todos os genes necessários para a sua transferência. A capacidade de os plasmídeos promoverem transferência horizontal de genes contribui para a adaptação das bactérias a diferentes contextos ambientais, através do aumento da sua diversidade genética, possibilitando a rápida resposta a pressões seletivas. Os plasmídeos são, portanto, fatores-chave para a evolução bacteriana. |
| dirty | 0 |
| eu_rights_str_mv | embargoedAccess |
| format | doctoralThesis |
| fulltext.url.fl_str_mv | https://repositorio.ulisboa.pt/bitstreams/088c93af-f301-4033-9247-ac290770b348/download |
| id | ul_97e9036cfafd200054fa9b145ae170aa |
| identifier.url.fl_str_mv | http://hdl.handle.net/10400.5/118830 |
| inst_facet_str | urn:organizationAcronym:ul{{{_:::_}}}Universidade de Lisboa |
| instacron_str | ul |
| institution | Universidade de Lisboa |
| instname_str | Universidade de Lisboa |
| language | eng |
| network_acronym_str | ul |
| network_name_str | Repositório da Universidade de Lisboa |
| oai_identifier_str | oai:repositorio.ulisboa.pt:10400.5/118830 |
| organization_str_mv | urn:organizationAcronym:ul |
| person_str_mv | Rebelo,Célia Patrícia Ferreira Domingues |
| publishDate | 2026 |
| repo_facet_str | urn:repositoryAcronym:ul{{{_:::_}}}Repositório da Universidade de Lisboa |
| reponame_str | Repositório da Universidade de Lisboa |
| repository_id_str | urn:repositoryAcronym:ul |
| service_str_mv | urn:repositoryAcronym:ul |
| spelling | engptA resistência a antibióticos representa uma ameaça crescente à saúde pública. Muitos agentes patogénicos, para além dos genes de virulência, possuem também genes de resistência a antibióticos, o que compromete o tratamento por antibioterapia, incluindo o tratamento de infeções causadas pelos agentes patogénicos mais virulentos. Nesse contexto, destaca-se o grupo de bactérias ESKAPEE (que inclui Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter spp., e Escherichia coli) que é particularmente problemático, dada a sua elevada capacidade de adquirir resistências que comprometem a eficácia dos antibióticos disponíveis. Os plasmídeos são elementos genéticos extracromossomais, geralmente circulares e de tamanho variável, replicando-se de forma independente do cromossoma hospedeiro e encontrando-se disseminados em inúmeras espécies de bactérias e arqueias. Caracterizam-se por terem uma elevada plasticidade genética que lhes permite adquirir e disseminar genes que conferem vantagens seletivas aos seus hospedeiros, incluindo resistência a antibióticos, virulência e tolerância a metais pesados ou outros compostos tóxicos. Um aspeto central para compreender a relevância e a ecologia dos plasmídeos é a sua mobilidade. Os plasmídeos conjugativos codificam todos os genes necessários para a sua transferência autónoma entre células. Os plasmídeos mobilizáveis, por sua vez, dependem da maquinaria de plasmídeos conjugativos presentes na mesma célula, enquanto os plasmídeos denominados não-transmissíveis não se conseguem transferir através de conjugação porque lhes faltam todos os genes necessários para a sua transferência. A capacidade de os plasmídeos promoverem transferência horizontal de genes contribui para a adaptação das bactérias a diferentes contextos ambientais, através do aumento da sua diversidade genética, possibilitando a rápida resposta a pressões seletivas. Os plasmídeos são, portanto, fatores-chave para a evolução bacteriana.enBacteria are diverse microorganisms, playing central roles in ecosystems and serving as reservoirs of genetic diversity. Many bacteria harbor plasmids, which are key extrachromosomal genetic elements that have autonomous replication and drive bacterial evolution by disseminating adaptive traits, such as antimicrobial resistance and virulence. The ability of plasmids to move between cells shapes the dynamics of microbial communities in human, animal, and environmental contexts, in line with the One Health concept. This thesis aimed to evaluate the genetic diversity of plasmids and study the presence of resistance and virulence genes at different levels: in plasmids, complete genomes, and metagenomes. The diversity of virulence and resistance genes correlates at the level of metagenomes, but not at the cellular, chromosomal, or plasmid levels. However, at these three levels, genes involved in resistance to certain antibiotic families co-occur with genes involved in resistance to other antibiotic families or with virulence genes. Co-occurrences of resistance families are mostly common in conjugative plasmids. Interestingly, these co-occurrences are less frequent in plasmids isolated from the major bacterial pathogens (known as the ESKAPEE group) than in plasmids isolated from the other bacterial species. Moreover, plasmid taxonomic units (PTUs) are distributed unevenly, with a small number of PTUs having many plasmids and many taxonomic units having a low number of plasmids. Interestingly, these rare PTUs constitute a significant source of genetic diversity, including a wide diversity of virulence genes. However, results concerning gene diversity or the proportion of plasmid types may differ between repositories, and whether they derive from isolates or metagenomes. Altogether, our findings reinforce the role of plasmids in the evolution and dissemination of antimicrobial resistance. We provide new insights into how plasmid mobility and distribution shape the emergence of multidrug resistance, with implications for surveillance, public health, and potential biotechnological applications.application/pdfenEvolutionary dynamics of bacterial genomes and metagenomesRebelo,Célia Patrícia Ferreira DominguesDionísio,Francisco André de Campos PereiraNogueira,TeresaFaculty of SciencesHostingInstitutionOrganizationalRepositório Científico de Acesso Aberto da ULisboae-mailmailto:repositorio@ulisboa.ptrepositorio@ulisboa.ptURNurn:tid:1017819112026-05-29T15:55:00Z2026-01-152026-01-15T00:00:00ZHandlehttp://hdl.handle.net/10400.5/118830http://purl.org/coar/access_right/c_f1cfembargoed accessPlasmidsAntibiotic ResistanceVirulenceGenetic DiversityPlasmid MobilityPlasmídeosResistência a AntibióticosVirulênciaDiversidade GenéticaMobilidade Plasmídica6429812 bytesliteraturehttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06doctoral thesishttp://purl.org/coar/access_right/c_f1cfapplication/pdffulltexthttps://repositorio.ulisboa.pt/bitstreams/088c93af-f301-4033-9247-ac290770b348/download |
| spellingShingle | Evolutionary dynamics of bacterial genomes and metagenomes Rebelo,Célia Patrícia Ferreira Domingues Plasmids Antibiotic Resistance Virulence Genetic Diversity Plasmid Mobility Plasmídeos Resistência a Antibióticos Virulência Diversidade Genética Mobilidade Plasmídica |
| status | SINGLETON |
| subject.fl_str_mv | Plasmids Antibiotic Resistance Virulence Genetic Diversity Plasmid Mobility Plasmídeos Resistência a Antibióticos Virulência Diversidade Genética Mobilidade Plasmídica |
| title | Evolutionary dynamics of bacterial genomes and metagenomes |
| title_full | Evolutionary dynamics of bacterial genomes and metagenomes |
| title_fullStr | Evolutionary dynamics of bacterial genomes and metagenomes |
| title_full_unstemmed | Evolutionary dynamics of bacterial genomes and metagenomes |
| title_short | Evolutionary dynamics of bacterial genomes and metagenomes |
| title_sort | Evolutionary dynamics of bacterial genomes and metagenomes |
| topic | Plasmids Antibiotic Resistance Virulence Genetic Diversity Plasmid Mobility Plasmídeos Resistência a Antibióticos Virulência Diversidade Genética Mobilidade Plasmídica |
| topic_facet | Plasmids Antibiotic Resistance Virulence Genetic Diversity Plasmid Mobility Plasmídeos Resistência a Antibióticos Virulência Diversidade Genética Mobilidade Plasmídica |
| url | http://hdl.handle.net/10400.5/118830 |
| visible | 1 |
Funded activities
No funded projects found.