Εντοπισμός γονιδιακών υπογραφών που σχετίζονται με έκθεση υποθαλάσσιων οικοστημάτων σε CO2 μέσω ανάλυσης μετα-μεταγραφικών δεδομένων

Γκιόκας, Ευάγγελος; Gkiokas, Evangelos

dc.contributor.author	Γκιόκας, Ευάγγελος	el
dc.contributor.author	Gkiokas, Evangelos	en
dc.date.accessioned	2020-09-01T10:48:31Z
dc.date.available	2020-09-01T10:48:31Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51046
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18744
dc.rights	Default License
dc.subject	Βιοπληροφορική	el
dc.subject	Μετα-μεταγραφωμική	el
dc.subject	Διοξείδιο του άνθρακα (CO2)	el
dc.subject	Υποθαλάσσια οικοσυστήματα	el
dc.subject	Bioinformatics	en
dc.subject	Meta-transcriptomics	en
dc.subject	Carbon dioxide CO2	en
dc.subject	Aquatic environments	en
dc.subject	Διαρροή	el
dc.subject	Leakage	en
dc.title	Εντοπισμός γονιδιακών υπογραφών που σχετίζονται με έκθεση υποθαλάσσιων οικοστημάτων σε CO2 μέσω ανάλυσης μετα-μεταγραφικών δεδομένων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Βιοπληροφορική	el
heal.classification	Bioinformatics	en
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-02-24
heal.abstract	Η έγχυση και αποθήκευση ποσοτήτων CO2 σε κοιλότητες κάτω από την επιφάνεια της Γης είναι συνήθης πρακτική στη βιομηχανία εξαγωγής ορυκτών καυσίμων, ενώ πραγματοποιείται και για μείωση της ποσότητας του CO2 στην ατμόσφαιρα. Το γεγονός αυτό ενέχει τον κίνδυνο διαρροής του CO2 αυτού. Μια τέτοια διαρροή μπορεί να προκαλέσει μεγάλα προβλήματα σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς και στην ισορροπία του περιβάλλοντος. Ειδικά στην περίπτωση που η διαρροή λάβει χώρα σε θαλάσσιο περιβάλλον, θα οδηγήσει σε αύξηση του διαλυμένου CO2 σε αυτό, γεγονός που θα αποβεί καταστρεπτικό για τους οργανισμούς του περιβάλλοντος αυτού, όπως τα κοράλλια και τα στρείδια, καθώς μειώνονται τα απαραίτητα για αυτά ανθρακικά ιόντα. Χρησιμοποιώντας την ιδιότητα των οργανισμών να ρυθμίζουν τη γονιδιακή τους έκφραση για την καλύτερη προσαρμογή τους στις μεταβολές του περιβάλλοντός τους, ελέγχεται η ταυτοποίηση βιομορίων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως βιοδείκτες για την αναγνώριση τυχούσας διαρροής CO2. Ο έλεγχος αυτός πραγματοποιείται με μετα-μεταγραφωμική ανάλυση. Μετα-μεταγραφωμική είναι η επιστήμη που μελετά τις μεταβολές στην γονιδιακή έκφραση μικροοργανισμών στο φυσικό τους περιβάλλον, αναλύοντας την ποσότητα των μεταγράφων σε διαφορετικές καταστάσεις. Οι διαφορετικές καταστάσεις ορίζονται από τον παράγοντα του οποίου πρέπει να ελεγχθεί η επίδραση, εν προκειμένω του CO2. Αναζητήθηκε, συνεπώς, στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας το βέλτιστο υπολογιστικό εργαλείο για την ανάλυση των αρχικών δεδομένων. Ως βέλτιστο εργαλείο επιλέχθηκε η ροή επεξεργαστικών εργαλείων (pipeline) MetaTrans. Με το pipeline αυτό πραγματοποιήθηκε ο ποιοτικός έλεγχος των αλληλουχιών, η σύγκριση ομοιότητας (alignment) με την πρωτεϊνική βάση δεδομένων nr και ο έλεγχος διαφορικής έκφρασης γονιδίων. Προέκυψαν, έτσι, για κάθε σύγκριση μεταξύ των τριών καταστάσεων του πειράματος δύο ομάδες γονιδίων, μία με τα υπερεκφρασμένα και μία με τα υποεκφρασμένα (συνολικά έξι ομάδες γονιδίων). Επιπλέον, αναζητήθηκαν τα γονίδια που υπάρχουν μόνο σε μία κατάσταση. Η ύπαρξη γονιδίων με στατιστικά σημαντική διαφοροποίηση της έκφρασής τους και γονιδίων μοναδικών στις καταστάσεις όπου πραγματοποιήθηκε καλλιέργεια παρουσία CO2, επιβεβαιώνει την επίδραση αυτού στη γονιδιακή έκφραση. Στη συνέχεια, αναζητήθηκαν οι βιοδείκτες (αλληλουχίες και γονίδια) που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την έμμεση ανίχνευση διαρροής CO2. Από τα γονίδια με διαφορική 4 έκφραση, τα υπερεκφρασμένα γονίδια και οι αντιστοιχιζόμενες σε αυτά αλληλουχίες θεωρούνται βιοδείκτες ύπαρξης CO2 σε υποθαλάσσιο περιβάλλον. Τα γονίδια που συναντώνται μόνο στις καταστάσεις με CO2, ταξινομήθηκαν με βάση τον κανονικοποιημένο αριθμό των αλληλουχιών τους, και τα γονίδια με τις περισσότερες αλληλουχίες χαρακτηρίστηκαν επίσης βιοδείκτες ύπαρξης CO2. Τέλος, ελέγχθηκε η λειτουργία των παραπάνω γονιδίων με χρήση του προγράμματος MEGAN. Από τα αποτελέσματα που προέκυψαν, χαρακτηρίστηκαν σημαντικότεροι βιοδείκτες ύπαρξης CO2, λόγω της λειτουργίας τους, οι αλληλουχίες και τα γονίδια που έχουν λειτουργία σχετική με την μετατροπή του ανόργανου άνθρακα σε οργανικά μόρια υψηλού ενεργειακού περιεχομένου (Carbon και CO2 Fixation).	el
heal.abstract	The injection and storing of CO2 in underground geological formations is common practice in the fossil fuel extraction industry and it is also used as a means to reduce the quantity of CO2 in the atmosphere. Due to this fact, leaking of this CO2 is highly possible. A possible leakage of CO2 poses a threat to all living organisms and to the balance of the environment as well. Especially if said leak takes place in an aquatic habitat, it will lead in increased levels of CO2 in the water, which will prove destructive for the organisms in this habitat, such as corals and oysters due to the reduced amount of carbonate ions. Using the ability of the organisms to regulate their gene expression to adapt to the changes of their environmental conditions, the ability of biomolecules to be used as biomarkers for the identification of a CO2 leakage is evaluated. This evaluation is done by means of metatranscriptomics analyses. Metatranscriptomics is the science that studies the gene expression variations of microbes in their natural habitat by analysing the quantity of transcripts in differing states. The differing states are defined by the factor of which the effect is at question, in this case CO2. In the context of this diploma thesis, the best suited bioinformatics tool for the analysis of the raw reads was searched. The pipeline MetaTrans was chosen as such. Through this pipeline, the quality control of the sequences, the alignment to the nr database and the differential gene expression analysis were performed. The results were two lists of genes, one with those that were found upregulated and one with those that were found downregulated, for each of the analyses between the three states (sum of six gene lists). Moreover, the genes that exist solely on one of the states were searched. The fact that differentially expressed genes and genes unique to one state exist, is a verification that the differing factor in each state (CO2) has an effect on gene expression. Next, the biomarkers that can be used to confirm the exposure of the microbes to CO2, and therefore the CO2 leakage, were determined. From the differentially expressed genes, those that are upregulated in the presence of CO2 are considered biomarkers for the indirect detection of CO2. The sequences that are aligned to those genes are considered biomarkers as well. The genes unique to the states that had CO2 present were sorted based on their normalised counts. 6 The genes in that list that had the most sequences aligned to them are considered biomarkers as well. Their corresponding sequences are considered biomarkers too. Lastly, the function of the abovementioned genes and sequences was screened by use of the computer program MEGAN. Among the results of this analysis, the genes and sequences with a function relating to the conversion of inorganic carbon to organic molecules with high energy content (Carbon και CO2 Fixation) are considered the most important biomarkers for the indirect detection of CO2 in underwater microbe populations, due to their function.	en
heal.advisorName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Κέκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Κυρανούδης, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	80 σ.
heal.fullTextAvailability	false