Análise metagenômica da microbiota intestinal em aves comerciais: explorando potencial probiótico, genes de multiresistência e transferência horizontal de genes

A microbiota gastrointestinal de aves comerciais participa da digestão, da modulação imunológica e da resistência a patógenos, mas também atua como reservatório de genes de resistência a antimicrobianos e como fonte potencial de alternativas ao uso desses compostos. Estudos baseados em genomas reconstruídos a partir de metagenomas têm se limitado, em grande parte, a conjuntos de dados isolados, o que dificulta a identificação de padrões gerais. Nesta tese, dados metagenômicos públicos de seis estudos independentes, conduzidos em cinco países, foram integrados para construir um catálogo de genomas da microbiota gastrointestinal de Gallus gallus domesticus. Foram reunidos 19.730 genomas montados a partir de metagenomas (MAGs), sendo 5.601 obtidos por montagem de novo de 98 corridas do Sequence Read Archive e 14.129 recuperados de repositórios públicos. Após filtragem uniforme de qualidade (completude ≥85% e contaminação ≤10%), 11.224 MAGs foram mantidos e anotados quanto à taxonomia, ao potencial metabólico, aos genes de resistência, aos elementos genéticos móveis, aos fatores de virulência, aos sistemas CRISPR-Cas, à produção de bacteriocinas e ao potencial probiótico. O catálogo abrangeu 26 filos, 829 gêneros e 1.977 espécies, quase metade sem descrição formal. A composição taxonômica variou amplamente entre os estudos, enquanto as grandes categorias funcionais permaneceram estáveis. Genes de resistência adquiridos foram detectados em 13,7% dos MAGs, concentrados em gêneros comensais, e estiveram fortemente associados a sequências de inserção. Genes de importância crítica, como optrA, poxtA, cfr, tet(X), vanA, mecA e blaCTX-M-14, foram raros, mas presentes em cinco dos seis estudos. Enterococcus cecorum apresentou a maior carga de multirresistência. Nenhum gene mcr foi detectado, possivelmente em razão da perda de plasmídeos durante a reconstrução dos genomas. Fatores de virulência ocorreram em 4,6% dos MAGs, sistemas CRISPR-Cas em 23,6% e agrupamentos gênicos de bacteriocinas em 14,8%. A triagem genômica de candidatos probióticos revelou um conflito entre segurança e potencial competitivo: os gêneros com maior potencial de produção de bacteriocinas foram também os mais excluídos por carregar genes de resistência adquiridos. O catálogo constitui uma referência genômica para a vigilância da resistência antimicrobiana e para a seleção racional de estratégias baseadas na microbiota na produção avícola.

Resumo (inglês)

The gastrointestinal microbiota of commercial poultry contributes to digestion, immune modulation and resistance to pathogens, but it also acts as a reservoir of antimicrobial resistance genes and as a potential source of alternatives to antimicrobials. Genome-resolved studies of this ecosystem have largely been restricted to single datasets, which limits the identification of general patterns. In this thesis, public metagenomic data from six independent studies conducted in five countries were integrated to build a genome catalogue of the gastrointestinal microbiota of Gallus gallus domesticus. A total of 19,730 metagenome-assembled genomes (MAGs) were gathered, of which 5,601 were obtained by de novo assembly of 98 Sequence Read Archive runs and 14,129 were retrieved from public repositories. After uniform quality filtering (completeness ≥85% and contamination ≤10%), 11,224 MAGs were retained and annotated for taxonomy, metabolic potential, resistance genes, mobile genetic elements, virulence factors, CRISPR-Cas systems, bacteriocin production and probiotic potential. The catalogue encompassed 26 phyla, 829 genera and 1,977 species, nearly half of which lacked a formal description. Taxonomic composition varied widely among studies, whereas broad functional categories remained stable. Acquired resistance genes were detected in 13.7% of MAGs, were concentrated in commensal genera and were strongly associated with insertion sequences. Genes of critical relevance, such as optrA, poxtA, cfr, tet(X), vanA, mecA and blaCTX-M-14, were rare but present in five of the six studies. Enterococcus cecorum carried the highest multidrug-resistance burden. No mcr gene was detected, possibly owing to the loss of plasmids during genome reconstruction. Virulence factors occurred in 4.6% of MAGs, CRISPR-Cas systems in 23.6% and bacteriocin gene clusters in 14.8%. Genomic screening of probiotic candidates revealed a trade-off between safety and competitive potential: the genera with the greatest bacteriocin potential were also those most frequently excluded for carrying acquired resistance genes. The catalogue provides a genomic reference for antimicrobial resistance surveillance and for the rational selection of microbiome-based strategies in poultry production.

Palavras-chave

Bacteriocinas Genomas Probióticos Avicultura

Idioma

Português

Citação

CABRERA, J. M. - Análise metagenômica da microbiota intestinal em aves comerciais: explorando potencial probiótico, genes de multiresistência e transferência horizontal de genes. 2026. 107 f. Tese (Doutorado em Microbiologia Agropecuária) – Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho", Jaboticabal, 2026.