PhageSNP: prediction of the effect of hypermutable phage proteins along Staphylococcus genus

Abstract

Bacteriophage therapy is an emergent alternative to treat highly resistant bacteria. It consists of applying bacteriophages to eliminate specific pathogenic bacteria in a patient. It portrays several advantages, but the co-evolution between virus and host regularly prevents the infection from the infective agent. Hence, it is imperative to investigate the proteins that drive recognition, specifically the Receptor Binding Proteins (RBPs). These proteins suffer numerous single-nucleotide polymorphisms (SNPs) and other mutations to accompany the adaptation rate of the bacteria phage receptors. Considering this, the PhageSNP tool aims to identify the mutations that promote this behavior. It is an annotation tool employing a Machine Learning mechanism to isolate all the RBP sequences within an unfamiliar genome. It also offers an in-depth analysis of all potential SNPs within each extracted sequence, assessing their predicted impact. We evaluate its RBP prediction performance on 100 random Staphylococcus bacteriophage genomes and its innovative SNP annotation feature as possible. In summary, PhageSNP provides a groundbreaking approach for the host range expansion analysis, exhibiting great RBP annotation results and SNPs sustained by robust theoretical research.

Terapia fágica é uma alternativa emergente para tratar bactérias altamente resistentes. Consiste na aplicação de bacteriófagos para eliminar bactérias patogénicas específicas num paciente. Possui diversas vantagens, mas a coevolução entre vírus e hospedeiro impede regularmente a infeção pelo agente infecioso. Portanto, é imperativo investigar as proteínas que controlam o reconhecimento, especificamente as Proteínas de Ligação ao Recetor (RBPs). Estas proteínas sofrem numerosos polimorfismos de nucleótido único (SNPs) e outras mutações para acompanhar o rácio de adaptação dos recetores bacterianos. Tendo isto em consideração, a ferramenta PhageSNP pretende identificar as mutações que promovem este comportamento. PhageSNP é uma ferramenta de anotação que emprega um mecanismo de Aprendizagem de Máquina para isolar todas as sequências de RBPs num genoma desconhecido. Também fornece uma análise aprofundada de todos os potenciais SNPs de cada sequência extraída, avaliando o seu impacto previsto. Nós avaliamos o desempenho na previsão de RBPs em 100 genomas aleatórios de bacteriófagos de Staphylococcus e o recurso de anotação de SNPs o quanto possível. Em suma, PhageSNP fornece uma abordagem inovadora para a análise da expansão do reconhecimento de hospedeiros, exibindo bons resultados na anotação de RBPs e SNPs sustentados por pesquisa teórica robusta.