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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.10.2017.tde-03082017-155135
Document
Author
Full name
Luisa Zanolli Moreno
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2017
Supervisor
Committee
Moreno, Andrea Micke (President)
Andrade, André Furugen Cesar de
Heinemann, Marcos Bryan
Knöbl, Terezinha
Pinheiro, Eliana Scarcelli
Title in Portuguese
Caracterização e análise comparativa de genomas de estirpes de Leptospira isoladas no Brasil
Keywords in Portuguese
Leptospira
Análise genômica comparativa
Espécies
Sequenciamento
Abstract in Portuguese
O presente estudo teve como objetivo caracterizar o genoma de estirpes de Leptospira isoladas no Brasil e realizar a análise comparativa destes com os genomas disponíveis no banco de dados GenBank. Foram caracterizadas 17 estirpes isoladas de distintas espécies animais, em diferentes regiões do Brasil, no período de 1998 a 2012. Estas foram previamente tipificadas por sequenciamento do gene 16S rRNA e soroaglutinção microscópica em seis espécies (L. interrogans, L. santarosai, L. inadai, L. kirschneri, L. borgpetersenii e L. noguchii) e mais de oito sorogrupos. Foi realizado o sequenciamento em plataforma Illumina™ MiSeq e montagem dos genomas com algoritmo ab initio. Para ordenação e anotação foram utilizados genomas de referência das respectivas espécies estudadas. Foi realizada a análise in silico da Tipagem por Sequenciamento de Multilocus (MLST) para os três protocolos vigentes de Leptospira. A análise comparativa dos genomas, incluindo wgSNP, foi realizada intra-espécie avaliando as variações existentes entre os sorogrupos das espécies de Leptospira estudadas. As estirpes de L. interrogans apresentaram resultados na MLST congruentes com a sua identificação prévia. No caso de L. kirschneri, apenas uma estirpe apresentou novos alelos nos três protocolos de MLST e se distancia das demais estirpes brasileiras de L. kirschneri. As estirpes de L. santarosai, assim como as de L. borgpetersenii e L. noguchii, possuem novos alelos e/ou perfis alélicos para pelo menos dois dos protocolos vigentes de MLST, sendo que ainda se destacam em um agrupamento próprio de origem brasileira. Os genomas de L. interrogans apesar de apresentarem alta identidade e sintenia com a referência sorovar Copenhageni, também apresentaram regiões de diferença entre os respectivos sorogrupos. Os genomas dos sorogrupos Australis e Serjoe se destacaram por apresentarem inserções e deleções, respectivamente, principalmente no cromossomo 2. O genoma de L. borgpetersenii também apresentou grande variação de composição, como esperado para espécie, sendo esta proporcionada por sequências de inserção e transposição de elementos móveis. Os sorogrupos Canicola e Pomona apresentaram maior proximidade entre si na análise wgSNP. Também foram identificados dois plasmídeos nos genomas do sorogrupo Canicola com alta identidade aos plasmídeos descritos na estirpe chinesa do mesmo sorovar. Na espécie L. kirschneri, a estirpe 47 (M36/05) apresentou alta identidade e sintenia com os genomas do sorovar Mozdok, como esperado, incluindo a estirpe brasileira de origem humana. Já a estirpe 55 (M110/06) se diferenciou dos demais genomas de L. kirschneri tanto no MLST quanto no wgSNP. O genoma brasileiro de L. inadai apresentou alta identidade à referência americana de origem humana, incluindo a presença de um bacteriófago próprio da espécie. A distinção das estirpes brasileiras de L. santarosai na MLST, também foi evidenciada na análise comparativa e no wgSNP, sendo que a estirpe 68 (M52/8-19), que não apresentou reatividade aos sorogrupos testados, ainda se diferencia das demais reafirmando a possibilidade de novo sorogrupo/sorovar. Dessa forma, o estudo genômico possibilitou a identificação de particularidades das estirpes brasileiras de Leptospira, incluindo a existência de elementos extra-cromossomais, proximidade com estirpes de origem humana indicando maior risco para saúde pública, além da possibilidade de novo sorogrupo de L. santarosai.
Title in English
Characterization and comparative genomic analysis of Leptospira strains isolated in Brazil
Keywords in English
Leptospira
Comparative genomic analysis
Sequencing
Species
Abstract in English
The present study aimed to characterize the genome of Leptospira strains isolated in Brazil and to perform their comparative analysis with GenBank available genomes. 17 strains isolated from distinct species, in different regions of Brazil, from 1998 to 2012 were characterized. These were previously typified through 16S rRNA sequencing and microscopic agglutination into six species (L. interrogans, L. santarosai, L. inadai, L. kirschneri, L. borgpetersenii and L. noguchii) and over eight serogroups. Illumina™ MiSeq sequencing and genome assembly with ab initio algorithm were performed. For ordering and annotation, reference genomes of the respective species were used. The in silico analysis of Multilocus Sequencing Typing (MLST) was performed for the three current Leptospira protocols. The comparative genomic analysis, including wgSNP, was performed intra-species evaluating the existing variations between the serogroups of the studied Leptospira species. The L. interrogans strains presented MLST results congruent with their previous identification. In the case of L. kirschneri, only one strain presented new alleles in the three MLST protocols and distanced itself from the other Brazilian L. kirschneri strains. The L. santarosai strains, as well as L. borgpetersenii and L. noguchii, presented new alleles and/or allelic profiles for at least two of the current MLST protocols, and still stand out in a separate group of Brazilian origin. Even though the L. interrogans genomes presented high identity and synteny with serovar Copenhageni reference, they also presented regions of difference between the respective serogroups. Serogroups Australis and Serjoe genomes stood out for having insertions and deletions, respectively, mainly in chromosome 2. The L. borgpetersenii genome also presented great variation of composition, as expected for the species, which is provided by insertion sequences and transposition of mobile elements. The serogroups Canicola and Pomona presented higher proximity in the wgSNP analysis. Two plasmids were also identified in the serogroup Canicola genomes with high identity to the plasmids described in the Chinese strain of the same serovar. In the L. kirschneri species, the strain 47 (M36/05) presented high identity and synteny with the serovar Mozdok genomes, as expected, including the Brazilian strain of human origin. The strain 55 (M110/06) differed from other L. kirschneri genomes in both MLST and wgSNP. The Brazilian L. inadai genome presented high identity to the American reference of human origin including the presence of bacteriophage specific for the species. The distinction of the Brazilian L. santarosai strains in the MLST was also evidenced in the comparative analysis and in the wgSNP, and the strain 68 (M52 / 8-19), which showed no reactivity to the tested serogroups, also differs from the others reaffirming the possibility of a new serogroup/serovar. Therefore, the genomic study allowed the identification of particularities of Brazilian Leptospira strains, including the existence of extrachromosomal elements, proximity to strains of human origin indicating a greater risk for public health, in addition to the possibility of a new L. santarosai serogroup.
 
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Publishing Date
2017-12-12
 
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