Kingfungi: um pipeline para prospecção de cogumelos com capacidade de acúmulo de micronutrientes

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dc.contributor.advisorLenz, Alexandre Rafael
dc.contributor.authorSouza, Reinilson Bispo de Assis
dc.contributor.refereeFonseca, Vagner de Souza
dc.contributor.refereePires, Acássia Benjamim Leal
dc.date.accessioned2024-10-24T12:26:39Z
dc.date.available2024-10-24T12:26:39Z
dc.date.issued2024-03-12
dc.description.abstractAtualmente, no mundo, o problema da fome assombra milhares de lares. No Brasil, no ano de 2022, foi registrado que 33,1 milhões de brasileiros viviam em insegurança alimentar. Cogumelos comestíveis podem revelar uma possível solução para esse problema através de novas fontes de alimento, levando em consideração que podem ser produzidos em larga escala em ambiente urbano e com poucos recursos. Além disso, os cogumelos podem acumular micronutrientes e outros elementos essenciais para nutrição humana. Este estudo descreveu o desenvolvimento da aplicação web KINGFUNGI, visando à identificação de proteínas transportadoras de micronutrientes e outros elementos essenciais à saúde humana em genomas de fungos, especialmente cogumelos. Com base em uma revisão abrangente da literatura, foram empregadas técnicas avançadas de bioinformática e análise de dados genômicos para propor um método computacional destinado à localização de genes-alvo nos genomas fúngicos. Adotando a abordagem de Design Science Research (DSR), essa metodologia gerou um artefato tecnológico (KingFungi), sustentado por Objetivos e Resultados Chave (OKR) para monitorar o progresso do projeto através da plataforma Trello. O KINGFUNGI desdobrou-se em seis estágios interconectados, utilizando o módulo Chain do Celery para análise sequencial e ordenada de genomas de fungos. Para isso, foram utilizados os softwares DeepTMHMM, para identificar proteínas transmembrana, e Mebipred, para identificar proteínas que se ligam a íons de metal. A validação do método proposto, utilizando dados do GenBank, empregou 3 genomas de fungos do filo Basidiomycota, espécies de cogumelos comestíveis de 3 diferentes ordens, demonstrando sua eficácia e precisão na identificação de proteínas associadas à absorção e acumulação de micronutrientes e outros elementos essenciais em cogumelos através da ligação a íons de metal. As análises realizadas constataram que o KINGFUNGI conseguiu identificar 10 elementos, sendo 8 micronutrientes e 2 elementos essenciais. Como exemplo, temos o proteoma do cogumelo Agaricus bisporus, popularmente conhecido como Cogumelo Paris ou Champignon, que revelou a presença de 1536 proteínas transmembrana. Destas, foram identificadas apenas aquelas que têm capacidade de se ligar a íons metálicos, com as seguintes quantidades previstas: cálcio (5 proteínas), cobalto (6 proteínas), cobre (20 proteínas), ferro (9 proteínas), potássio (30 proteínas), magnésio (2 proteínas), sódio (1 proteína) e zinco (4 proteínas) entre os micronutrientes, e manganês (20 proteínas) e níquel (30 proteínas) entre os elementos essenciais. Esta pesquisa pode contribuir de forma significativa para o avanço do conhecimento sobre espécies de cogumelos comestíveis e como a suplementação do substrato para produção pode gerar novas fontes de alimento ricas em nutrientes, podendo contribuir para a mitigação da insegurança alimentar. O KingFungi está disponível no repositório do Grupo de Pesquisa em Bioinformática e Biologia Computacional- G2BC, GitHub: https://github.com/G2BC/KingFungi.
dc.description.abstract2The problem of hunger haunts thousands of homes around the world today. In Brazil, in 2022, 33.1 million Brazilians were reported to be food insecure. Edible mushrooms could provide a possible solution to this problem through new food sources, taking into account that they can be produced on a large scale in an urban environment and with few resources. In addition, mushrooms can accumulate micronutrients and other essential elements for human nutrition. This study described the development of the KINGFUNGI web application, aimed at identifying micronutrient carrier proteins and other elements essential to human health in fungal genomes, especially mushrooms. Based on a comprehensive literature review, advanced bioinformatics and genomic data analysis techniques were used to propose a computational method for locating target genes in fungal genomes. Adopting the Design Science Research (DSR) approach, this methodology generated a technological artifact (KingFungi), supported by Objectives and Key Results (OKR) to monitor the project's progress through the Trello platform. KINGFUNGI unfolded in six interconnected stages, using Celery's Chain module for sequential and ordered analysis of fungal genomes. The DeepTMHMM software was used to identify transmembrane proteins and Mebipred to identify proteins that bind to metal ions. The validation of the proposed method, using data from GenBank, used 3 genomes of fungi from the phylum Basidiomycota, species of edible mushrooms from 3 different orders, demonstrating its effectiveness and precision in identifying proteins associated with the absorption and accumulation of micronutrients and other essential elements in mushrooms through binding to metal ions. The analyses carried out showed that KINGFUNGI was able to identify 10 elements, 8 of which were micronutrients and 2 essential elements. For example, the proteome of the mushroom Agaricus bisporus, popularly known as the Paris mushroom or Champignon, revealed the presence of 1536 transmembrane proteins. Of these, only those capable of binding metal ions were identified, with the following quantities predicted: calcium (5 proteins), cobalt (6 proteins), copper (20 proteins), iron (9 proteins), potassium (30 proteins), magnesium (2 proteins), sodium (1 protein) and zinc (4 proteins) among the micronutrients, and manganese (20 proteins) and nickel (30 proteins) among the essential elements. This research can make a significant contribution to advancing knowledge about edible mushroom species and how supplementing the substrate for production can generate new food sources rich in nutrients, which can contribute to mitigating food insecurity. KingFungi is available in the repository of the Bioinformatics and Computational Biology Research Group - G2BC, GitHub: https://github.com/G2BC/KingFungi.
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.citationSOUZA, Reinilson Bispo de Assis. Kingfungi : um pipeline para prospecção de cogumelos com capacidade de acúmulo de micronutrientes. 2024 91 f. . Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado em Sistemas de Informação) - Departamento de Ciências Exatas e da Terra, Campus I, Universidade do Estado da Bahia. Salvador- BA, 2024.
dc.identifier.urihttps://saberaberto.uneb.br/handle/20.500.11896/6497
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade do Estado da Bahia
dc.publisher.programGraduação
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
dc.rights2Attribution 3.0 Brazilen
dc.subject.keywordsInteligência artificia
dc.subject.keywordsDeep Learning
dc.subject.keywordsMineração em genoma
dc.subject.keywordsMicronutrintes
dc.titleKingfungi: um pipeline para prospecção de cogumelos com capacidade de acúmulo de micronutrientes
dc.title.alternativeKingfungi: a pipeline for prospecting mushrooms capable of accumulating micronutrients
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis
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