Genômica, evolução e caracterização funcional de genes de baculovírus

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2015.Orientador estrangeiro: Dr. Rollie J. ClemBaculovirus são vírus de DNA dupla-fita circular capazes de infectar oralmente o estágio larval de insetos. Atualmente, são usados para o controle biológico de insetos praga e como vetores de expressão de proteínas heterólogas. Pouco é sabido das bases moleculares da interação do vírus com o hospedeiro e de sua evolução. Os fatores limitantes estão associados ao número de genomas sequenciados bem como a restrição do cultivo in vitro de várias espécies virais. De fato, a base para o início de quaisquer estudos moleculares mais detalhados de novas espécies de baculovírus ou de isolados certamente se inicia com o sequenciamento do genoma completo e com o estudo de genes encontrados. Dessa forma, neste trabalho, vários genomas de baculovírus isolados no Brasil foram sequenciados e descritos. Sequenciamos e descrevemos baculovírus isolados do mandarová-da-mandicoca, da broca da cana-de-açúcar, do bicho da seda, da lagarta polífaga Helicoverpa armigera, do mandarová-do-mate entre outros. Concomitante à descrição do genoma, caracterizamos estruturalmente algumas espécies, avaliamos a taxa de mortalidade em situações controladas de infecção, bem como caracterizamos alguns genes que permitiram um entendimento evolutivo mais amplo das espécies descritas e de sua interação com o hospedeiro. Descrevemos o primeiro inibidor de serino protease de baculovírus capaz de bloquear a imunidade inata do inseto hospedeiro e causar proteção ao patógeno. Encontramos o primeiro betabaculovírus com uma proteína de fusão de envelope de alphabaculovírus, a gp64 e caracterizamos sua funcionalidade. Além disso, mostramos pela primeira vez o papel de genes envolvidos no metabolismo de nucleotídeo e sua capacidade de alterar o desempenho viral. Em conclusão, baculovírus apresentam plasticidade genômica com aquisições proeminentes de genes de vários organismos como outros vírus de insetos, bactérias e plantas. Além disso, perdas de genes ancestrais e duplicação são eventos recorrentes. Tanto a genômica quanto o estudo molecular básico de baculovírus tem contribuído para a compreensão de doenças associadas a humanos como câncer e doenças virais cujo agente etiológico apresenta genoma com DNA dupla-fita ou que infectam primariamente o intestino médio de insetos, como herpesvírus e arboviroses, respectivamente.Baculoviruses are circular double-stranded DNA viruses that are orally infectious to larval stages of insects. Nowadays, they are used as biological control agents of agricultural and forest pests and as vector for heterologous protein expression. The understanding of both the molecular basis and the evolution of the virus/host interaction is scarce due to the few numbers of sequenced genomes and the restriction in cultivating several virus species in vitro. In fact, the beginning of any molecular study of new baculovirus species or isolates certainly pervades the whole genome sequencing. Therefore, in this work, several genomes of baculoviruses isolated in Brazil were sequenced and described. We sequenced and described baculoviruses isolated from subject cadavers of the cassava hornworm (Erinnyis ello), the sugar cane borer (Diatraea saccharalis), the silkworm (Bombyx mori), the bollworm (Helicoverpa armigera), and the mate hornworm (Perigonia lusca). Together with the genome description, we characterized structurally some species, evaluated the mortality in controlled infections, and characterized as well some genes to better understand the novel species and their interaction with the host. We described the first baculoviral serine protease inhibitor capable of blocking the insect immunity response and causing pathogen protection. We found the first betabaculovirus harboring an alphabaculovirus envelope fusion protein, a gp64 and we characterized its functionality. Furthermore, we have shown for the first time a role of genes related to nucleotide metabolism and it ability of altering the virus fitness. In conclusion, baculoviruses present genomic plasticity with great and recurrent acquisition of genes from several organisms including other insect viruses, bacteria, and plant. Moreover, ancestral gene losses and duplication are common events in baculovirus evolution. Both genomics and molecular biology of baculovirus have contributed to the comprehension of human-associated diseases such as cancer and viral whereas the etiologic agent presents dsDNA genome or infects primarily the insect midgut like herpexviruses and arboviruses, respectively