Desenvolvemos e aplicamos ferramentas bioinformáticas para estudar genomas e proteomas microbianos, compreender sua evolução e abordar questões de microbiologia, simbiose e biotecnologia.
Apresentação
O grupo de Bioinformática é um grupo de formação recente que surgiu da necessidade de desenvolver novas ferramentas bioinformáticas para a análise de dados de sequenciamento de nova geração (NGS). Inicialmente, o trabalho concentrou-se no desenvolvimento de pipelines específicos e no processamento para classificar e separar leituras de diferentes amostras (demultiplexing), obtidas por mutagênese por assinaturas moleculares (STM) acoplada ao sequenciamento em larga escala, com o objetivo de identificar determinantes genéticos essenciais para a competitividade na colonização radicular e a sobrevivência em formulações de inoculantes. A ferramenta STM-seq-count foi desenvolvida para processar esses dados de sequenciamento.
Posteriormente, o grupo diversificou suas linhas de pesquisa, incorporando o estudo da evolução do viés de uso de códons sinônimos em bactérias (CUBES) e da localização diferencial de sequências de inserção em genomas estreitamente relacionados (ISCompare). Também foram desenvolvidas ferramentas para buscar proteínas homólogas com uma arquitetura de domínios definida (ArchMMer), identificar e comparar clusters gênicos (Scan cluster) e otimizar o desenho de primers (ColabPCR).
Atualmente, desenvolvemos uma linha de pesquisa voltada à identificação, predição e caracterização de pequenas fases abertas de leitura (smORFs) e de seus produtos proteicos (smORF-encoded polypeptides, SEPs), por meio da análise de dados proteômicos e do uso de modelos de inteligência artificial. Nos últimos anos, a equipe também assumiu um forte compromisso com a formação de recursos humanos de pós-graduação em bioinformática, orientando e coorientando diversas teses de doutorado.
Linhas de pesquisa
Identificação e caracterização de pequenas fases abertas de leitura (smORFs) em microrganismos associados a hospedeiros eucariotos
As pequenas fases abertas de leitura (smORFs) são sequências de DNA com potencial para codificar pequenos polipeptídeos, conhecidos como SEPs (smORF-encoded polypeptides). Durante muito tempo foram descartadas como parte do DNA não codificante ou ‘lixo’; entretanto, avanços no sequenciamento e na proteômica demonstraram que muitas são ativamente transcritas e traduzidas.
Os SEPs participam de processos celulares essenciais, como resposta ao estresse, resistência a antibióticos, transporte, sinalização, divisão celular e interações com hospedeiros, desempenhando funções fundamentais na fisiologia microbiana.
Esta linha identifica smORFs em genomas bacterianos, principalmente de bactérias associadas a hospedeiros eucariotos, utilizando e desenvolvendo ferramentas bioinformáticas. Exploramos a conservação intraespecífica como preditor do potencial codificante e estamos desenvolvendo métodos de aprendizado profundo baseados em modelos de linguagem de proteínas e ácidos nucleicos.
Busca bioinformática de clusters de genes conservados
Os clusters gênicos bacterianos desempenham um papel fundamental na ecologia das bactérias do solo ao modular sua adaptação, sobrevivência e interação com plantas. Clusters especializados em simbiose, nodulação e catabolismo de exsudatos radiculares (como os rCGCs) permitem comunicação molecular precisa com os hospedeiros, domínio da rizosfera e respostas coordenadas a estresses bióticos e abióticos.
Desenvolvemos métodos para buscar clusters gênicos, especialmente os associados a atividades relevantes para a agricultura, incluindo a promoção do crescimento vegetal. Desenvolvemos o Scan cluster, um programa de busca e comparação de clusters bacterianos. Como perspectiva futura, planejamos métodos de inteligência artificial para identificar clusters e prever características de interesse em linhagens microbianas.
Evolução de genes simbióticos, diversidade populacional e uso de códons sinônimos em leguminosas
O cultivo de leguminosas como feijão, lentilha e grão-de-bico representa uma alternativa importante, com demanda crescente como substituto da carne: fornece alimentos de alta qualidade, preserva a saúde do solo e reduz as emissões de gases de efeito estufa.
As leguminosas estabelecem simbioses fixadoras de nitrogênio com bactérias do solo, promovendo uma agricultura sustentável pela substituição gradual de fertilizantes nitrogenados sintéticos. Estudamos a evolução de genes selecionados envolvidos nessa simbiose, suas variantes alélicas e os vieses de uso de códons sinônimos no genoma nuclear.
Conservação evolutiva da harmonização do uso de códons em bactérias e sua relação com o enovelamento cotraducional
Embora o código genético seja universal, os códons mais utilizados para cada aminoácido variam entre organismos. Alguns são frequentes e outros raros, originando o viés de uso de códons sinônimos.
A expressão adequada de proteínas em sistemas heterólogos — por exemplo, proteínas humanas em bactérias ou plantas — requer sequências codificantes compatíveis. Uma estratégia consiste em substituir códons raros pelos utilizados no organismo-alvo. Para maximizar a expressão, é comum substituir todos os códons pelos mais frequentes, processo denominado otimização do uso de códons. No entanto, isso pode gerar problemas quando a velocidade de síntese é importante para o enovelamento correto da proteína (enovelamento cotraducional).
Nesses casos, demonstrou-se que reproduzir o viés de uso de códons do organismo original posição a posição (harmonização) é uma opção mais adequada. Utilizando diferentes métricas de uso de códons, investigamos se essa informação é conservada evolutivamente.
Linhas de pesquisa em colaboração
Genes necessários à colonização rizosférica e endofítica de alfafa
Identificação de genes necessários à colonização de alfafa (Medicago sativa) por Pantoea LPU12. Trabalho conjunto com Sofía Erdozain e Antonio Lagares.
Caracterização evolutiva e funcional do plasmidoma de S. meliloti
Trabalho conjunto com Abril Pagnutti e Antonio Lagares. A tese de doutorado de Abril é orientada por Antonio Lagares e coorientada por Mauricio J. Lozano.
Adaptação e persistência do complexo Burkholderia cepacia na fibrose cística
Busca em escala genômica de marcadores moleculares associados à adaptação e persistência no trato respiratório de crianças com fibrose cística, e caracterização do plasmidoma de organismos do complexo Burkholderia cepacia. Colaboração com a Dra. Alejandra Bosch e coorientação de tese de doutorado.
Reprogramação metabólica de fenótipos ATR(+) em Sinorhizobium meliloti
Trabalho conjunto com Walter Draghi e Carlos Ulises Molfesa Kaczoruk.
Proteínas de interesse em bactérias da Bacia Petrolífera Neuquina
Busca de proteínas envolvidas na degradação de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, produção de surfactinas e sistemas de quorum sensing em genomas de bactérias isoladas de consórcios da Bacia Petrolífera Neuquina. Colaboração com a Dra. Bibiana Copotelli e coorientação do trabalho de conclusão de curso de Octavio Ellehoj.
Sinalização por segundos mensageiros em B. diazoefficiens
Identificação e caracterização bioinformática e evolutiva de proteínas envolvidas na sinalização por segundos mensageiros em B. diazoefficiens. Colaboração com o Dr. Elías Mongiardini, incluindo análise genômica de pili do tipo IV em Bradyrhizobium.
Evolução dos sistemas de dois componentes NtrBC/XY
Estudo evolutivo de ortólogos dos sistemas de dois componentes NtrBC/XY de B. diazoefficiens. Colaboração com a Dra. Silvina López García e a Dra. Florencia Del Papa, do grupo de Microbiologia Molecular e Transdução de Sinais em Bactérias.
Variantes genômicas e sistemas flagelares de B. diazoefficiens
Análise de polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) em linhagens de B. diazoefficiens com maior motilidade obtidas por evolução dirigida, e caracterização bioinformática de proteínas dos sistemas flagelares polar e subpolar. A colaboração com a Dra. Julia Althabegoiti inclui análise de flagelinas dos flagelos subpolar e lateral em Bradyrhizobium e busca de variantes em linhagens de B. diazoefficiens USDA10 com maior motilidade.
Outras linhas compartilhadas
Determinantes genéticos de rizóbios requeridos para a colonização da rizosfera
Busca e identificação, em escala genômica, de genes que permitem aos rizóbios estabelecerem-se e competir na rizosfera.
Combinamos genômica, genética, bioinformática e ensaios funcionais para compreender como os rizóbios se adaptam ao ambiente do solo, reconhecem seus hospedeiros e colonizam suas raízes. Estudam-se determinantes associados à mobilidade, à sinalização, à adaptação a condições adversas e à interação com outros microrganismos.
O objetivo é relacionar a informação genética com a eficiência de colonização e nodulação, fornecendo bases para o desenho de inoculantes mais persistentes e eficazes em sistemas agrícolas.
Participam: María Eugenia Salas, Mauricio Javier Lozano e Antonio Lagares.
Microbiologia ambiental e evolução de bactérias do solo
Análise da adaptação, evolução e estrutura populacional de bactérias de ambientes agrícolas e naturais.
Investigamos como a acidez, a disponibilidade de nutrientes e a presença de contaminantes moldam as comunidades bacterianas do solo. Integramos genômica comparativa, filogenômica, bioinformática e evolução experimental para estudar a aquisição de funções adaptativas.
Prestamos especial atenção à transferência horizontal de genes e à dinâmica de plasmídeos, com vistas a compreender a resposta das bactérias a pressões ambientais e sua possível aplicação em biotecnologia, restauração de solos e biofertilização.
Participam: Mauricio Lozano, Walter Draghi e Antonio Lagares.
Genômica funcional de bactérias de interesse agrícola e biotecnológico
Sequenciamento e análise funcional de genomas bacterianos para descobrir mecanismos e genes de interesse aplicado.
Sequenciamos, montamos e anotamos genomas de bactérias isoladas de solos agrícolas de distintas regiões. Mediante mineração de dados e comparação com bases internacionais identificamos genes relacionados com tolerância ao estresse, produção de metabólitos e interação planta–microrganismo.
O enfoque integrador de genômica funcional e biologia de sistemas aporta conhecimento para desenhar inoculantes bacterianos de nova geração e soluções agrícolas mais sustentáveis e eficientes.
Participam: Mauricio Lozano, Antonio Lagares e Gonzalo Torres Tejerizo.
Equipe
- Mauricio Javier LozanoDiretor do grupo · Pesquisador responsável · Pesquisador Adjunto CONICET · Doutor pela Faculdade de Ciências Exatas, UNLP
- Antonio LagaresDiretor do grupo · Pesquisador Superior CONICET
- Ezequiel Gerardo MogroBolsista de pós-doutorado CONICET · Doutor pela Faculdade de Ciências Exatas, UNLP
- Dardo DallachiesaBolsista de doutorado CONICET · Bolsa de conclusão de doutorado · Licenciado em Biotecnologia, FCE–UNLP
- Gonzalo Martín ZapataBolsista de doutorado Agencia I+D · Licenciado em Biotecnologia, FCE–UNLP
- Abril Lourdes PagnuttiBolsista de doutorado CONICET · Licenciada em Biotecnologia, FCE–UNLP · Orientação: Antonio Lagares; coorientação: Mauricio J. Lozano
- Macarena AlgañarasBolsista de doutorado CONICET · Bolsa de conclusão de doutorado · Licenciada em Biotecnologia e especialista em Bioinformática, FCE–UNLP / CINDEFI
Pessoas vinculadas por teses ou colaboração
- Carlos Ulises Molfesa KaczorukLicenciado em Biotecnologia, FCE–UNLP · Bolsa de doutorado CONICET · Orientação: Walter Draghi e Mauricio J. Lozano
- Octavio EllehojEstudante de Biotecnologia · Trabalho de conclusão de curso · Orientação: Bibiana Copotelli (CINDEFI, UNLP–CONICET); coorientação: Mauricio J. Lozano
Macarena Algañaras e Abril Pagnutti, incluídas na equipe, também mantêm vínculos por teses e colaboração.
Projetos e financiamento
- Identificação e caracterização de pequenas fases abertas de leitura (smORFs) em microrganismos associados a hospedeiros eucariotos. PICT 2021-0168 (ANPCyT, Temas Abertos — Equipe de Formação Recente, modalidade II). Período: 2023–2027. Duração: quatro anos. Diretor: Mauricio J. Lozano. Os recursos permitiram iniciar uma das principais linhas de pesquisa do grupo.
- Determinantes moleculares do fenótipo ácido-tolerante (ATR) de Sinorhizobium meliloti, simbionte de alfafa. PICT 2021-0118 (ANPCyT, Temas Abertos — Equipe de Formação Recente, modalidade II). Período: 2023–2027. Duração: quatro anos. Diretor: Dr. Walter Draghi. O grupo participa das atividades bioinformáticas; Mauricio J. Lozano integra o Grupo Responsável e orienta conjuntamente um bolsista cuja tese aborda o tema do projeto.
- IDPFun2 — Integrating novel data, artificial intelligence and molecular behaviour to expand functional characterization of intrinsically disordered proteins. HORIZON-MSCA-2023-SE-01 (MSCA Staff Exchanges 2023). Tipo de ação: HORIZON-TMA-MSCA-SE. Grant Agreement 101182949. Diretor: Silvio Tosatto. Período: outubro de 2024–outubro de 2028. Instituição acreditadora: União Europeia. O grupo participa por meio de estágios (secondments) em laboratórios do consórcio, realizando estudos bioinformáticos sobre a função e a evolução de proteínas desordenadas em bactérias. Mauricio J. Lozano também realiza atividades administrativas do nó UNLP com o pesquisador responsável Antonio Lagares e integra o conselho ampliado (Extended Board Member).
- Busca e estudo de determinantes bacterianos envolvidos na simbiose fixadora de nitrogênio com alfafa por abordagens multiômicas. Projeto 11/X1019 (UNLP). Período: 2024–2027. Diretor: Gonzalo A. Torres Tejerizo. Codiretor: Mauricio J. Lozano. O grupo busca genes ortólogos, domínios e proteínas e realiza sua caracterização bioinformática e evolutiva.
- REFRACT: participação em atividades que fornecem recursos para visitas de pesquisadores europeus.
Produção científica selecionada
Seleção de publicações vinculadas às linhas e aos integrantes do grupo. Os trabalhos anteriores à reorganização conservam sua procedência institucional; cada publicação compartilhada possui um único registro no catálogo.
- ColabPCR: A Validated Google Colaboratory Notebook for Reproducible and Precise Primer Design
- Scan Cluster: A versatile database-independent prediction tool for multi-genome identification of homologous gene clusters
- A study on the codon usage bias of arenavirus common genes
- A Survey of Annotated smORF-Encoded Polypeptides in Bacteria Interacting with Eukaryotic Hosts
- Identification and functional analysis of recent IS transposition events in rhizobia
- Identification of Ensifer meliloti genes required for survival during peat-based bioinoculant maturation by STM-seq
- Improved detection and phylogenetic analysis of plant proteins containing LysM domains
- Diversity, Genomics and Symbiotic Characteristics of Sinorhizobia That Nodulate Desmanthus spp. in Northwest Argentina
- Genomic analysis of Sinorhizobium meliloti LPU63, an acid-tolerant and symbiotically efficient alfalfa-nodulating rhizobia
- Analysis of SARS-CoV-2 synonymous codon usage evolution throughout the COVID-19 pandemic
- Easy identification of insertion sequence mobilization events in related bacterial strains with ISCompare
- Comparative analysis of three Bradyrhizobium diazoefficiens genomes show specific mutations acquired during selection for a higher motility phenotype and adaptation to laboratory conditions
- Codon Usage Optimization in the Prokaryotic Tree of Life: How Synonymous Codons Are Differentially Selected in Sequence Domains with Different Expression Levels and Degrees of Conservation
Os quartis indicados correspondem às informações fornecidas pelo grupo.
Colaborações
- Alejandra Bosch (CINDEFI, CONICET–UNLP): genômica e adaptação de bactérias do complexo Burkholderia cepacia na fibrose cística; coorientação do doutorado de Macarena Algañaras.
- Walter Draghi (IBBM, CONICET–UNLP): reprogramação metabólica de fenótipos ácido-tolerantes de S. meliloti; orientação de doutorado compartilhada de Carlos Ulises Molfesa Kaczoruk.
- Bibiana Copotelli (CINDEFI, CONICET–UNLP): caracterização de bactérias da Bacia Petrolífera Neuquina; coorientação do trabalho de conclusão de Octavio Ellehoj.
- Interações Rizóbios–Soja (IBBM, CONICET–UNLP): análise genômica de pili do tipo IV e sinalização por segundos mensageiros em Bradyrhizobium com o Dr. Elías Mongiardini; evolução dos sistemas NtrBC/XY com a Dra. Silvina López García e a Dra. Florencia Del Papa, do grupo de Microbiologia Molecular e Transdução de Sinais em Bactérias; análise de flagelinas dos flagelos subpolar e lateral e de variantes em linhagens mais móveis de B. diazoefficiens USDA10 com a Dra. Julia Althabegoiti.
- VACSAL (IBBM, CONICET–UNLP; Dra. Daniela Hozbor e Dra. Daniela Bottero): busca bioinformática de candidatos vacinais e identificação de SEPs em Bordetella pertussis.
- Laboratório de Biologia Computacional e Data Mining (Dr. Miguel Andrade, Johannes Gutenberg University, Mainz, Alemanha): bolsa DAAD 2026 do Lic. Gonzalo Zapata. Projeto: Leveraging Protein Language Models to Classify smORF-Encoded Polypeptides (SEPs) by Coding Potential.
- ERGO Biotech: estudos bioinformáticos em Daucus carota.
Capacidades
Análise de dados genômicos, comparação de genomas, busca de homólogos e agrupamentos gênicos, evolução de proteínas e desenvolvimento de ferramentas computacionais. ColabPCR integra desenho de primers e verificações de especificidade; seu código está disponível no GitHub.
Ferramentas e software
Desenvolvimento do STM-seq-count para processar dados STM-seq; CUBES para estudar o viés de uso de códons; ISCompare para comparar a localização de sequências de inserção; ArchMMer para buscar proteínas homólogas com arquiteturas de domínios definidas; Scan cluster para identificar e comparar clusters gênicos; e ColabPCR para otimizar o desenho de primers.
Contato
Mauricio Javier Lozano · mjlozano@biol.unlp.edu.ar