Metagenomica

EXTRAYENDO GENES DE VIRULENCIA USANDO METAGENOMICA
RESUMEN
Cuando se compara el genoma bacteriano con el metagenoma del ambiente donde habita, la mayoría de los genes reclutan secuencias de alta identidad. En bacterias de vida libre (por ejemplo bacterias marinas comparadas contra el metagenoma oceánico) ciertas regiones genómicas están totalmente ausentes en la estructura de reclutamiento, loque representa genes únicos en los aislados bacterianos individuales. Mostramos que estas Islas Metagenómicas (Mis) también son visibles en bacterias que viven en hospederos humanos cuando sus genomas son comparados con secuencias de la microbiota de este humano, a pesar de la estructura compartimentada de los ambientes relacionados con humanos como el intestino. Desde un punto de vistaaplicativo, las Mis de patógenos humanos (p.e. aquellos identificadas en Escherichia coli enterohemorrágica contra el metagenoma del intestino o en Neisseria meningitidis patogénica contra el metagenoma oral) incluyen genes de virulencia que parecen estar ausentes en cepas relacionadas o en especies presentes en la microbiota de individuos sanos. Hemos propuesto que esta estrategia (es decir el análisis dereclutamiento de bacterias patogénicas contra el metagenoma de sujetos sanos) puede ser usada para detectar regiones de patogenicidad en especies donde los genes involucrados en la virulencia son pobremente caracterizados. Usando este enfoque, hemos detectado islas de patogenicidad bien conocidas e identificado nuevos genes potencialmente virulentos en varios patógenos humanos.
INTRODUCCIÓNIdentificar genes de virulencia experimentalmente es una de las piedras angulares de la investigación en bacterias patógenas. Enfoques experimentales incluyen típicamente la clonación de genes involucrados potencialmente en la patogenicidad dentro de una cepa de laboratorio, mutagénesis del transposón para generar una colección de mutantes, o la detección de genes esenciales para la sobrevivenciaen el hospedador por tecnología de expresión in vivo. Ahora, la terminación de genomas bacterianos permite detectar directamente genes que pudieran estar involucrados en la patogenicidad: cuando se secuencia tanto a la cepa patogénica y a la comensal de la misma especie, los genes únicos del patógeno pueden ser fácilmente localizados. La selección de potenciales genes candidatos es más refinadacuando aumenta el número de cepas no patógenas para comparar. Entonces, una comparación ideal pudiera darse por una cepa patogénica y una población completa de cepas relacionadas y avirulentas que habiten el cuerpo de un individuo sano. La llegada de la metagenómica y su aplicación para el estudio de la microbiota humana nos da una oportunidad única para llevar a cabo estas comparaciones, como unareserva total de genes de todas las poblaciones microbianas que pueden ser comparadas contra el genoma de cepas patogénicas individuales.
Una forma rápida de hacer estas comparaciones se logra con el reclutamiento metagenómico. La metagenómica individual dice que dar un estímulo sobre cierto umbral de identidad contra el genoma bacteriano de referencia son “reclutados” para trazar una gráfica lacual variará en densidad dependiendo de la abundancia de ese organismo en la muestra. Sugestivamente, se ha encontrado constantemente que el reclutamiento de bacterias marinas contra todos los metagenomas marinos al alcance identificaron varias “islas” de cobertura extremadamente limitada o ausente, aún para especies las cuales fueron dominantes en la muestra. También se han encontrado que estas“Islas Metagenómicas” en otros ambientes de vida libre y representan segmentos del genoma los cuales son altamente variables o específicos para la cepa de referencia. Asumiendo que las cepas virulentas están ausentes de los pacientes sanos, el reclutamiento metagenómico de cepas patógenas de bacterias cuyas contrapartes comensales se encuentran comúnmente en la microbiota humana deben revelar Mis...