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Com muita frequencia, conceitos cientificos sofrem alteracoes por intermedio de novasdescobertas, mas pouco deste novo conhecimento e repassado aos alunos, principalmenteaqueles que compoem o Ensino Fundamental II (EF-II) e o Ensino Medio (EM), pois acomplexidade das informacoes geradas dificulta esta abordagem. Entretanto, dia apos dia sefala cada vez mais em assuntos que mexem com a curiosidade das pessoas, como e o caso doDNA e do metabolismo, geralmente relacionando tais assuntos com doencas emergentes comocâncer, diabetes, Alzheimer, entre outras. Se o assunto e tao comentado assim nos meios decomunicacao, por que nao dar uma enfase mais tecnica a respeito destes topicos em sala deaula, demonstrando ao aluno uma forma diferenciada de compreender conceitos,essencialmente por intermedio de atividades ludicas. Neste trabalho sao descritas duasatividades ludico-pedagogicas que demonstram, de maneira pratica, uma alternativa sobrecomo ensinar os processos de divisao celular mitotica e fisiologia do sistema respiratorio paraalunos do EF-II, envolvendo a descoberta de conceitos importantes para a compreensao dosfenomenos moleculares envolvidos com estes assuntos. Estas atividades ainda apresentam apeculiaridade de terem baixo custo de producao e facil implementacao.

O cancro cítrico é uma doença que afeta diversas espécies de Citrus, cujo agente causal é Xanthomonas axonopodis pv citri (XAC). O genoma desta fitobactéria consiste de um cromossomo de ~5 Mpb e dois plasmídeos, que juntos codificam 4313 CDS (seqüências codificadoras), das quais 2710 apresentam similaridade com proteínas conhecidas. Neste trabalho realizamos uma análise comparativa detalhada do genoma de XAC com genomas de três fitopatógenos, Xanthomonas campestris campestris, Xylella fastidiosa 9a5c e Xylella fastidiosa temecula. Com esta análise identificamos genes espécie e gênero-específicos, potencialmente relevantes para adaptação aos seus respectivos nichos ou hospedeiros, além de ilhas de inserção e deleção genômica putativas. Também identificamos vias metabólicas relacionadas com osmoproteção/osmorregulação e com degradação de compostos aromáticos em XAC, que possivelmente são determinantes na eficácia de sua interação com o hospedeiro. Analisamos o nível de expressão de 9 CDS após crescimento de XAC em diferentes concentrações de glicose e verificamos que este açúcar modula positivamente a expressão de CDS relacionadas à síntese de goma e ao sistema de osmoproteção. Além disso, descrevemos a construção de microarranjos de DNA representando 2760 CDS de XAC, constituindo-se uma nova ferramenta para estudos de genômica comparativa e expressão gênica deste fitopatógeno. Xanthomonas axonopodis pv citri (XAC) is the bacterial pathogen that causes citrus canker disease in several species of Citrus plants. XAC genome consists of a main cromosome of ~5 Mpb and two plasmids that together encode 4313 CDS (coding sequences). Approximately 63% of the CDS have assigned biological functions. In this work, we present a detailed genomic comparison between the genomes of XAC and of three other phytopathogens, X. campestris campestris, Xylella fastidiosa 9a5c and X. fastidiosa Temecula. Based on this analysis, we identified species and genus-specific genes that might be relevant for adaptation to their niches and hosts. We mapped putative insertion/deletion regions in the XAC genome possibly related to gene gains and losses during the divergence of the four bacterial lineages. We have identified the metabolic pathways related to osmoprotection/osmoregulation and aromatic compound degradation important for XAC efficient host colonization and interaction. Expression levels of 9 CDS were analyzed after XAC growth under different glucose concentrations revealing that this sugar upregulates the expression of CDS related to gum synthesis and to osmoregulation. In addition, we describe here the construction of a DNA microarray representing 2760 CDS of XAC as a new tool for comparative genomic and gene expression studies in this phytopathogen.

Xylella fastidiosa (Xf) e Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac) são gama proteobactérias gram negativas, responsáveis por grandes perdas econômicas no setor citrícola brasileiro. Com seus genomas seqüenciados e anotados, fizemos uma análise comparativa entre suas composições gênicas e seus ambientes de vida. Xac apresenta um genoma de 5.2Mb contra 2.7Mb de Xf Isto reflete no número de genes (4432 contra 2838) que acabam refletindo em uma maior complexidade metabólica de Xac, caracterizada por: uma extensa gama de genes de degradação de parede celular (44), biossíntese de proteases (92), genes de funções regulatórias (296), um completo metabolismo energético (209), quimiotático (inexistente em Xf) e secretório (presença dos tipos I, II, III e IV , sendo o II em duplicata), além de um grande número de genes envolvidos com captação de ferro (65), fazem de Xac um patógeno de alto poder invasivo e de rápida propagação e virulência Em contrapartida, Xf por não possuir a complexidade supracitada, parece ter seus recursos adaptados ao ambiente em que vive, como por exemplo um alto número de genes envolvidos com biossíntese de pili, que associado à biossíntese de goma, favorecem sua adesão nas glândulas salivares do vetor (cigarrinha) e a formação de aglomerados celulares responsáveis pelo entupimento dos vasos que levam às patologias decorrentes do evento. Xylella fastidiosa (Xf) and Xanthomonas axonopodis pv. citri Xac are gram negative gamma proteobacteria, responsible for great economical losses in the Brazilian citrus sector. With their sequenced and annotated genomes, we have done a comparative analysis between their genetic composition and life habitat. Xac displays a genome of 5.2Mb against 2. 7Mb of Xf. This reflects the number of genes (4432 against 2838) which results in a greater metabolic complexity of Xac, characterized by: a wide range of genes of cell wall degradation (44), biosynthesis of proteases (92), many genes of regulatory functions (296), a complex energy metabolism (209), chemotatic (absent in Xf) and secretory systerns (presence of types I, II, III and IV, type II in duplicate), besides a great number of genes involved in iron acquisition (65), make of Xac a pathogen of high invasive power and of quick spreading and virulence. In the other hand Xf, due to the lack of the complexity just cited, seems to have its resources adapted to the habitat in which it lives, as for example a large number of genes involved in pili biosynthesis, that associated with gum biosynthesis, favor its adhesion to the salivary glands of the vector (sharpshooter) and the formation of cellular agglomerations responsible for the blockage of the vessels which leads to the pathologies resulted from this event.

As pesquisas no campo da genômica produzem uma grande quantidade de dados. Entretanto, o conhecimento genético acerca de certos fenótipos é limitado. Além disso, parte considerável dos genomas estudados possuem sequências codificantes (CDSs) com funções desconhecidas, representando um desafio adicional para a compreensão dos pesquisadores. Organismos provenientes de um mesmo ramo evolutivo compartilham muitas de suas CDSs, e certos fenótipos únicos a um grupo desses indivíduos podem ser resultado de um conjunto único de genes exclusivos. Neste trabalho é apresentado o arcabouço computacional GTACG, uma ferramenta com foco em uma usabilidade facilitada e destinada a pesquisas para identificação de características genéticas únicas em subgrupos de genomas de bactérias que possuem um determinado fenótipo em comum, encontrando dados que diferenciam eles dos outros organismos de forma simples. A análise do GTACG é baseada na formação de grupos de CDSs homólogas com base em alinhamentos locais. O front-end é simples de usar e a instalação de pacotes foi projetada para que usuários com pouco conhecimento em computação possam fazer análises complexas usando esta ferramenta. A validação dos resultados do GTACG se baseou em dois estudos de caso envolvendo um conjunto com 161 genomas da família Xanthomonadaceae e 45 genomas de Streptococcus pyogenes. No primeiro estudo de caso, buscava-se descobrir porque algumas Xanthomonadaceae se associam a plantas e outras não, e de fato foram encontradas 19 famílias de proteínas ortólogas exclusivas aos genomas associados a plantas (representando mais de 90% desses genomas), permitindo a identificação de proteínas potencialmente associadas com a adaptação e a virulência dessas bactérias nos tecidos das plantas. No segundo estudo, buscou-se encontrar marcadores filogenéticos para a proteína emm dos Streptococcus pyogenes, e foram encontrados 15 famílias de proteínas ortólogas que serviriam para este papel. Além disso, também foram encontrados algumas famílias combinadas que poderiam explicar parte das doenças causadas pelo Streptococcus pyogenes em seres humanos. Os resultados mostram o potencial de uso do GTACG para encontrar novos objetos de pesquisa para estudos moleculares de genômica comparativa de bactérias. Research in the field of genomics produces a large amount of data. However, genetic knowledge about certain phenotypes is limited. Besides, a considerable part of the studied genomes has coding sequences (CDSs) with unknown functions, representing an additional challenge for researchers. Organisms from the same evolutionary branch share many of their CDSs, and certain phenotypes specific to a group of these individuals may be the result of a unique set of unique genes. In this work the GTACG computational framework is presented, a user-friendly tool to help researches to identify unique genetic characteristics in subgroups of bacterial genomes that have a common phenotype, finding data that differentiate them from other organisms in a simple way. GTACG analysis is based on the formation of homologous CDS groups based on local alignments. The front end is simple to use, and the package installation is designed to allow users with little knowledge of computer science can do complex analysis using this tool. The validation of the GTACG results was based on two case studies involving a set of 161 genomes of the Xanthomonadaceae family and 45 Streptococcus pyogenes genomes. In the first case study, we attempted to find out why some Xanthomonadaceae are associated with plants and others not, and, in fact, 19 families of orthologous proteins unique to plant-associated genomes were found (representing over 90% of these genomes), allowing the identification of proteins potentially associated with the adaptation and virulence of these bacteria in plant tissues. In the second study, we attempted to find phylogenetic markers for the protein emm of Streptococcus pyogenes, and found 15 families of orthologous proteins that would play this role. In addition, some combined families were also found that could explain some of the diseases caused by Streptococcus pyogenes in humans. The results show the potential use of GTACG to find new research objects for molecular studies of bacterial comparative genomics.

Elementos móveis influenciam expressivamente a evolução do grupo Bacteria, uma vez que são integrantes importantes do processo de geração da variabilidade genética e promovem a diversidade da população frente à estocasticidade do ambiente. Investigamos a influência de elementos genéticos móveis em linhagens de X. oryzae sob três diferentes aspectos nesta tese. Primeiramente, investigamos a transferência horizontal de um operon adquirido exclusivamente por Xoc, porém ausente em Xoo e linhagens filogenéticamente próximas. A importância da produção do fitormônio GA4 por Xoc é indicada pela alta prevalência do operon em diferentes populações, e pela ampla distrubuição geográfica em um amplo perído de tempo. Também abordamos a influência de elementos genéticos móveis mais amplamente no genoma de X. oryzae. Descrevemos como elementos de transposição, representados por elementos do tipo IS, são capazes de interferir em um sistema central do metabolismo bacteriano, como o sistema de reparo de DNA. Por fim, descrevemos um novo elemento encontrado em X. oryzae e analisamos sua organização, distribuição, filogenia, o nível transcricional e o potencial funcional na interação com seu hospedeiro Nosso conjunto de resultados reitera a importância dos elementos de transposição no aumento de variabilidade genética de populações, e dessa forma, infere sobre seu papel relevante na diversificação em X. oryzae. Descrevemos a variabilidade, exploramos as consequências da amplificação de elementos de transposição nesta espécie, evidenciamos a complexidade desta variação em nível populacional. Mobile elements are genomic components that trigger genetic variability and promote the diversity of the population against the stochasticity of the environment and therefore, significantly influence the evolution of the Bacteria group. We investigate the influence of mobile genetic elements on X. oryzae lineages under three different aspects in this thesis. First, we investigated the horizontal transfer event of a operon, acquired exclusively by Xoc, but absent in Xoo and phylogenetically close lineages. The importance of the production of the phytohormone GA4 by Xoc is indicated by its high prevalence in different populations, in a wide geographic distribution and in a large time period.We also address the influence of mobile genetic elements more comprehensively in the X. oryzae genome. We describe how transposable elements, represented by IS elements, are capable of interfering in a central system of bacterial metabolism, such as the DNA repair system. Finally, we describe a new element found in X. oryzae and we analyze its organization, distribution, phylogeny and its transcriptional level. We also speculate its function in the X. oryzae-host interaction. Our results reiterate the importance of transposable elements enriching genetic variability of populations and infers on their relevant role in the diversification of X. oryzae lineage. We describe the variability, explore the consequences resulting from the amplification of transposition elements in the X. oryzae species and we show the complexity of this variation at the population level.