18 de Febrero: Genome analysis of multiple pathogenic isolates of Streptococcus agalactiae: implications for the microbial “pan-genome”.
Tettelin, H., Masignani, V., Cieslewicz, M. J., Donati, C., Medini, D., Ward, N. L., Angiuoli, S. V, et al. (2005). Genome analysis of multiple pathogenic isolates of Streptococcus agalactiae: implications for the microbial “pan-genome”. Proc Natl Acad Sci U S A, 102(39), 13950–13955. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=16172379
JGI Illumina Genome Sequencers (Photo credit: Lawrence Berkeley National Laboratory)
The development of efficient and inexpensive genome sequencing methods has revolutionized the study of human bacterial pathogens and improved vaccine design. Unfortunately, the sequence of a single genome does not reflect how genetic variability drives pathogenesis within a bacterial species and also limits genome-wide screens for vaccine candidates or for antimicrobial targets. We have generated the genomic sequence of six strains representing the five major disease-causing serotypes of Streptococcus agalactiae, the main cause of neonatal infection in humans. Analysis of these genomes and those available in databases showed that the S. agalactiae species can be described by a pan-genome consisting of a core genome shared by all isolates, accounting for approximately 80% of any single genome, plus a dispensable genome consisting of partially shared and strain-specific genes. Mathematical extrapolation of the data suggests that the gene reservoir available for inclusion in the S. agalactiae pan-genome is vast and that unique genes will continue to be identified even after sequencing hundreds of genomes.
13 comentarios
Para este artículo, al igual que en el caso del de Alcaraz et al. (2010) se toma el concepto del pan-genoma, en este caso para ocho cepas pertenecientes a los cinco serotipos de Streptococcus agalactiae.
Al comprar todos los genomas se encontró comparten una identidad que oscila entre el 85% y 95%, y que estos aislados presentan 69 islas genómicas. Al analizar estas islas se encontró que algunas de ellas presentaban una composición distinta en cuanto a nucleótidos, lo cual nos podría estar hablando que son regiones de reciente incorporación por eventos de transferencia horizontal. Postriormente se menciona muchas de estas islas a pesar de no tener las características típicas de islas de patogenicidad, se encuentran flanqueadas por elementos de inserción, lo cual da un soporte a esta teoría.
Al analizar el pan-genoma, se estimó que en promedio cada nuevo genoma secuenciado de esta especie aportará 33 genes nuevos, por lo cual se habla de un pan-genoma abierto. Por otro lado y en contraste con Bacillus donde se encontró un genoma core de 814 genes, para S. agalactiae se definió en 1806 genes, número que se espera se mantenga constante aun al incrementar el número de genomas. Aquí hay que resaltar que a diferencia de Bacillus donde el análisis se realizó para los genomas secuenciados del género, en este estudio los autores se enfocan en una sola especie y con un nicho muy particular, por lo cual sería de esperar que si se introdujera alguna especie con un estilo de vida distinto, el número de genes pertenecientes al core se vería drásticamente disminuido.
En resumen lo que observamos en este trabajo es que la diversidad de genes que podemos encontrar para una especie bacteriana no pude ser estimado en su totalidad con la secuencia de ocho genomas, al menos no para un organismo patógeno, los cuales como sabemos se caracterizan por un alto grado de transferencia horizontal principalmente en lo que respecta a características que contribuyen a su virulencia, por lo cual nuevamente llegamos al punto de que para entender la diversidad total de una especie no basta con enfocarnos a los genes denominados core, sino que además hay que incluir en nuestros análisis a todo el conjunto de los genes accesorios.
Genome analysis of multiple pathogenic isolates of Streptococcus agalactiae: Implications for the microbial “pan-genome”
Este paper nos menciona las ventajas y desventajas que comienzan a tener la secuenciación de nuevos organismos, sin embargo hacen un énfasis claro en que conocer el genoma de un solo organismo, nos proveé de información limitada en cuanto a la variabilidad de genes, por lo tanto, en este estudio hacen el análisis de 6 genomas del género Streptococcus, así como su análisis comprativo, al cual agregaron 2 genomas que ya se tenían secuenciados.
Durante el desarrollo del artículo, nos muestran los resultados de las comparaciones de los genomas, entre las que destacan, los genes compartidos entre las especies, así como los genes específicos (este dato resulta de un estimado), con estos datos pueden modelar un dendrograma, el cual agrupa a cada especie del análisis en su serotipo. Finalmente, los autores hacen aclaran que a pesar de tener un manejo de una mayor cantidad de datos, éstos son aún insuficientes para identificar todos los genes presentes en estas especies, sin embargo, este tipo de trabajos, sugieren nuevas estrategias para el estudio de los genomas microbianos.
Control de Lectura.
La era de la genómica representa un hito en la conceptualización de la especie, principalmente en los procariotas. Ahora la pregunta que ha surgido es: ¿cuántos genomas se necesitan para definir a la especie?
El artículo aborda esta pregunta y para resolverla se secuencia el genoma de varias cepas de la bacteria patógena del humano, Streptococcus.
Obviamente, el número de genes que se comparten entre las cepas, depende del número de cepas analizadas. El genoma núcleo de las ocho cepas analizadas esta formado por un 95% del total de genes. Se piensa que esta cantidad permanecería constante aún cuando se agreguen más genomas de nuevas cepas al estudio. En promedio se suman 33 nuevos genes cuando se agrega una cepa al estudio; algo interesante es que la probabilidad de que este número (el número de nuevos genes cuando se agrega una cepa) sea cero es muy baja, por lo que se analiza la posibilidad de que se trate de un modelo de pangenoma abierto.
Por otra parte se analiza la relación de los serotipos, clasificados tradicionalmente considerando los polisacáridos de la capsula, con las relaciones filogenéticas. El dendograma que muestran en la figura 4 indica que no hay una correspondencia entre los serotipos y sus relaciones evolutivas, es decir la diversidad es independiente de las características de la capsula.
Después de secuenciar las ocho cepas, se advierte que no son suficientes para identificar todos los genes presentes en esta especie; más aún, los modelos matemáticos predicen que incluso cientos de nuevas cepas no serían suficientes.
Por lo tanto se piensa que se tiene un concepto muy limitado de la variabilidad de especies de bacterias!! Pienso que esta misma situación ha llevado a que la clasificación de los serotipos no refleje la diversidad genética; por ejemplo, las cepas que pertenecen a diferentes serotipos podrían estar mas relacionadas filogenéticamente que las cepas de un mismo serotipo.
En resumen, la esencia de las especies esta ligada al genoma núcleo y la mayoría de las características genéticas (como la virulencia, el serotipo de la capsula, la adaptación y la resistencia a los antibióticos) están relacionadas con el genoma prescindible (“dispensable genoma”).
El artículo no propone una definición de especie consistente en si misma, sino que apunta a el hecho de que se necesitan más genomas para clarificar este problema. Hasta ahora, la definición de especie que se usa, sería consistente solo con los pangenomas abiertos, mientras que especie como Bacillus anthracis, cuyo genoma es cerrado, no sería una verdadera especie genética.
Siempre ha sido difícil definir que es una especie bacteriana, el concepto que se tiene en la actualidad deriva de la era pre-genómica y dice que si dos cosas tienen un porcentaje de similitud igual o mayor que 70 en hibridación DNA – DNA son entonces la misma especie. Con la secuenciación de genomas completos existe la esperanza de resolver el concepto de especie finalmente. Por lo que los autores proponen que las especies bacterianas se deben definir según su pan – genoma, utilizando inferencias que parten del estudio de varios genomas completos.
El pan – genoma se compone del genoma-core que sería la esencia de la especie y el genoma accesorio (factores de virulencia, las resistencias, etc). Los autores utilizaron ocho genomas completo de Streptococcus agalactiae y descubrieron que los marcadores utilizados comunmente dejan fuera la mayor parte de la información relacionada con la diversidad genética.
El análisis demostró que el genoma-core tiene un número finito de genes, lo que contrasta con el pan-genoma que sigue aumentando, tal como lo predicen los modelos matemáticos. En otras palabras por cada genoma nuevo secuenciado se adicionarán más genes al pan-genoma, lo cual no es difícil de creer dada la cantidad de genes que se han encontrado en muestras ambientales. Sin embargo en un simbionte se puede definir el pan-genoma con pocos genomas (Buchnera aphidicola con cuatro genomas).
Por lo que los autores concluyen que los marcadores actuales son insuficientes pues enmascaran toda la diversidad genética, y aun con ocho genomas es imposible determinar todos los genes presentes en dicha especie, por lo que se recomienda hacer un mayor esfuerzo de secuenciación. Finalmente, el genoma accesorio parece tener mayor importancia para la adaptación de los organismos pues es donde se encuentran los factores de virulencia, las resistencias etc.
Control de lectura 11
Genome analysis of multiple pathogenic isolates of Streptococcus agalactiae: implications for the microbial “pan-genome” Tettelin, H., Masignani, V., Cieslewicz, M. J., Donati, C., Medini, D., Ward, N. L., Angiuoli, S. V, et al. (2005). Genome analysis of multiple pathogenic isolates of Streptococcus agalactiae: implications for the microbial “pan-genome”. Proc Natl Acad Sci U S A, 102(39), 13950–13955.
El estudio de la diversidad microbiana puede ser mejor estudiada a través de la comparación de genomas completos secuenciados de diferentes cepas de la misma especie. La sugerencia que los autores hacen al inicio del artículo es que una especie puede ser descrita a través de su pangenoma, el cual incluye un coregenoma que contiene genes presentes en todas las cepas y un genoma compuesto de genes ausentes en una o mas cepas y genes que son únicos para cada cepa. Cada cepa representa una acumulación de variaciones genómicas. Genes asociados con elementos extracromosomales y móviles son particularmente abundantes en este grupo, apoyando la hipótesis de que la mayoría de caracteres específicos depende de eventos de transferencia horizontal. El pool de DNA ambiental disponible para adquirir es muy grande. Hay una continuo flujo de información entre bacterias compartiendo el mismo ambiente. En la parte de las implicaciones biológicas dice que la esencia de la especie está ligada al genoma. Para entender mejor la delimitación de las especies es necesario secuenciar muchas cepas . esto está muy bien para los organismos que se tienen aislados pero ¿qué pasa con aquellos no cultivables, cómo se les define como especies a ellos? Esa es la principal limitación que yo le veo.
En este trabajo se analizaron las secuencias de seis cepas de Streptococcus agalactie y encontraron que toda la especie se puede describir por un pangenoma, constituido por un genoma “núcleo” que comparten todos los organismos aislados, y un genoma que es dispensable, es decir, compuesto de genes no esenciales que pueden o no estar compartidos y que pueden ser específicos de la especie.
Encontraron además que no es suficiente comparar los seis genomas nuevos más dos ya existentes no es suficiente para identificar todos los genes de esta especie, y las predicciones hechas con modelos matemáticos sugieren que para lograrlo sería necesario tener cientos de genomas para comparar; lo cual tiene implicaciones importantes sobre la patogenicidad de este organismo, diseño de vacunas, evolución, etc.
Los resultados obtenidos con este trabajo dejan ver que el análisis del pangenoma es una buena aproximación al estudio de organismos patógenos y puede ofrecer información importante sobre su funcionamiento que permita un mejor diseño de medicamentos.
Otro resultado importante es que al comparar los aislados encontraron que clasificar a las bacterias basándose en la composición de polisacáridos de su pared no representa la diversidad genética de la especie. Observaron que cepas pertenecientes a serotipos diferentes pueden estar más cercanamente relacionadas que cepas del mismo serotipo. Otras formas clásicas de clasificar cepas, como MLST (Multilocus Sequence Typing) no reflejan la diversidad real que se obtiene de analizar el genoma completo.
Concluyen que es necesario tomar en cuenta estas observaciones si se quieren identificar los genes responsables de la patogenicidad de un organismos, ya que sus resultados indican que la mayoría de estos están en la parte dispensable del genoma.
Muchas especies de bacterias tienen una alta diversidad de genes al interior de sus genomas, teniendo diversas cepas distintos genes. Esto llevó a proponer que aquellas cepas que compartieran más del 70% de sus genes pertenecían realmente a la misma especie, de lo cual deriva el concepto del pan-genoma: el genoma de una especie es la suma de los genes que se encuentran en todas las cepas o variedades, más aquellos que son particulares de una u otra. En este artículo, que es una investigación original, se examinan 8 cepas de Streptococcus agalactiae, un patógeno de humanos, y se describen las similitudes y diferencias en su genoma. Los genomas se secuenciaron con shotgun-sequencing y se alinearon y se detectaron marcos de lectura y genes mediante algoritmos de predicción. En la figura 1 se muestran los resultados de las comparaciones; se nota la prevalencia de sintenia entre los genomas, lo cual denota la presencia de ortólogos conservados, excepto en 69 regiones que no se comparten, las cuales al parecer son tan diferentes que podrían haber sido adquiridas por transferencia horizontal. Para hacer la extrapolación de los genes del genoma núcleo y del pan-genoma de las cepas secuenciadas, se usaron fórmulas para ajustar funciones exponenciales negativas. Las figuras 2 y 3 muestran los resultados. En la figura 2, la función ajustada tiende a hacerse asintótica conforme crecemos el numero de genomas comparados, quedándose en alrededor de 1806 genes que serían aquellos del genoma núcleo. En la figura 3, la función ajustada en azul nos dice que si aumentáramos el número de genomas de diferentes cepas comparadas, seguiríamos encontrando nuevos genes, mientras que la función ajustada en rojo revela, de una forma complementaria, que el pan-genoma de esta bacteria seguirá aumentando de tamaño conforme muestreáramos más cepas. Algunas de las cosas más interesantes que se ven con el análisis son: 1) la diversidad genómica es independiente de la composición de la cápsula bacteriana, lo que va conceptualmente en contra de las metodologías normalmente usadas para identificar y clasificar cepas que se basan en esta composición; 2) Una gran cantidad de genes (una tercera parte) del genoma compartido no tienen asignada una función, lo que dice que todavía hay una buena parte de la biología de este organismo que no conocemos; 3) Se encontraron 358 genes que pertenecían a sólo una cepa, algunos de ellos con secuencias contiguas atípicas, lo que sugiere que fueron adquiridos por transferencia horizontal; 4) La asíntota calculada, que no se da en cero, sugiere que hay una enorme diversidad de genes en el pan-genoma de las especies bacterianas. Todo esto indica que para conocer una especie de bacteria en profundidad se requiere más que sólo secuenciar uno o dos genomas.
La importancia de este artículo es que son los primeros en formalmente proponer la idea de un pangenoma microbiano que crece casi indefinidamente de modo que cada vez que se secuencie un nuevo genoma de una especie en particular siempre habrá nuevos genes que no habían sido reportado para esa especie, de modo que debemos considerar un pangenoma creciente. Por otro lado, que en la comparación sucesiva de los genomas de una especie el núcleo se irá reduciendo pero llegando a una asíntota, cuyo valor límite representa un conjunto mínimo de genes del metabolismo básico para la especie. Y finalmente que existe un pequeño número de genes cepa específicos que siempre se agregará al pangenoma. Su trabajo es bastante oportuno al secuenciar 6 genomas de una misma especie y compararlos (junto con otros 2 existentes), y a partir de esto modelar el posible alcance de la variación genómica de una especie, lo cual tiene relevancia para una genómica de poblaciones. Debo confesar que no logré entender su método de extrapolación del pangenoma, a pesar de irme a la información complementaria de los métodos, la idea que me quedó es que cada puntito de la gráfica es una comparación pareada entre genomas, es decir el número de genes compartidos entre dos genomas dados. Y que el número de puntitos dentro de la línea vertical (dado un determinado número de genomas comparados) corresponde con las posibles distintas combinaciones de comparaciones pareadas (genomas tomados de 2 en dos). Si se observa en 1 genoma y 8 genomas, son pocos puntitos, el grueso está a la mitad. Por otro lado, creo que su criterio para definir si un gen es conservado o no en los otros genomas es bastante arbitrario (toma parejo) sin considerar posibles diferencias en la identidad de las familias génicas, no sé si 50% de conservación sobre un 50% por ciento de cobertura del gen sea en realidad lo más adecuado. Otro aspecto que no creo sea del todo cierto, o al menos en todas las especies es la generalización en cuanto al origen de los genes cepa específicos, creo se debe estudiar con más cuidado porque tampoco en su trabajo está demostrado que realmente sean derivados de transferencia horizontal como ellos afirman, de echo no tienen características de islas de patogenicidad y tampoco es muy claro que la composición de nucleótidos de estos genes sea diferente al genoma de la especie (algunos casos tal vez sí, pero no la generalidad). Finalmente, es interesante que el serotipo nada tiene que ver con la divergencia de los genomas, esto me recordó la vieja afirmación de que la tinción de Gram en realidad no es una clasificación natural simplemente son características fenéticas que facilitan la organización e identificación en laboratorio de las bacterias pero no resuelven realmente su filogenia. Esto creo que más tiene que ver con el nicho ecológico y las presiones selectivas del ambiente en el que crece (por ejemplo, adaptación a la respuesta inmunológica del hospedero en las patógenas).
Se realizó un análisis comparativo de los genomas de 8 cepas del grupo B de Streptococcus (GBS) para explorar la variabilidad dentro del grupo. Debido a que se contaba con 2 genomas disponibles en las bases de datos, se generaron las secuencias genómicas de 6 cepas representantes del GBS. Con las 8 secuencias genómicas se estimó: el número de genes compartidos en todas las cepas (core-genoma) así como el repertorio global génico de todas las cepas (pan-genoma). Utilizando un modelo matemático que utiliza la función de combinatoria binomial y la función de decaimiento exponencial, extrapolaron el número de genes encontrados en cada secuencia genómica nueva. En el caso del core genoma, se obtuvo que éste último, alcanza un máximo de ~1,800 genes compartidos entre las especies. En el caso del pan-genoma se estimó el número de nuevos genes agregados por cada secuencia genómica. De lo anterior se obtuvo que, por cada secuencia genómica del grupo GBS, se identificarían en el genoma en promedio 33 nuevos genes específicos de cepa. Por lo cual, en este trabajo sugieren que las cepas de grupo B de Streptococcus tienen un pan-genoma abierto, y que el tamaño crecerá al incorporar información de nuevas cepas secuenciadas. Debido a lo anterior, determinaron que 8 genomas no son suficientes para identificar todos los genes presentes en las especies, y que el modelamiento matemático, resultó en la predicción que incluso secuenciando cientos de genomas no seria suficiente. Por otra parte caracterizaron las relaciones genéticas entre los 8 genomas de GBS, además de que compararon el contenido génico de las mismas. Lo interesante en los resultados obtenidos, fue la observación de que las cepas de diferentes serotipos comparten un mayor número de genes, que cepas del mismo tipo de serotipo es decir, diferentes serotipos pueden estar más relacionados que cepas del mismo serotipo. En conclusión, los resultados obtenidos en este trabajo resaltan la importancia de describir la taxonomía de cepas bacterianas utilizando toda la información del genoma. También se pone en evidencia la gran ventaja de utilizar el core- genoma y el pan-genoma para hacer claras diferencias entre especies, en comparación de los métodos tradicionales de clasificación como MLST o el índice de re asociación de DNA-DNA o incluso la tipificación con 16Srna. Además sugieren que la utilización del core y pan-genoma pueden ser herramientas de gran utilidad para proveer una definición mas consistente de especie.
De las diferentes formas que se emplean para la identificación y clasificación de los microorganismos, la genómica ha venido a revolucionar dicho proceso por el alcance e implicaciones que tiene la información que ha generado. Actualmente, las especies bacterianas podrían ser clasificadas en base al contenido de material genético presente en su genoma; sin embargo, existe la interrogante de definir cuántos genomas son necesarios para poder realizar dicha clasificación.
El pangenoma se define como el material genético total de una bacteria, el cual está conformado por los grupos de genes que están en todas las bacterias que pertenecen al mismo género (genoma core) y la fracción de material genético que no es compartida entre dicho grupo, pero que indispensable para cada cepa para sobrevivir bajo condiciones ambientales muy específicas. Por lo cual, es necesario tener una gran variedad de bacterias que hayan sido aisladas de diferentes ambientes para poder obtener una descripción más precisa de la historia natural del género y de cada especie.
Esta información ha sido considerada de vital importancia para el estudio de los microorganismos patógenos, como los que pertenecen al género Streptocccus, causantes de infección en neonatos. A través del análisis de ocho genomas de cepas pertenecientes a este género se observó que eran muy similares en longitud y en el número probable de de genes; lo cual les da un gran porcentaje de similitud en composición y organización, la cual es interrumpida por la presencia de un gran número de islas genómicas que son adquiridas son un reflejo del número de eventos de transferencia horizontal que han sufrido. Por otro lado, al estimar y predecir el número de genes que agrega cada nuevo genoma secuenciado se determino que su pangenoma está abierto y que su tamaño se irá incrementando con cada nuevo genoma agregado. Un carácter que es muy utilizado para la diferenciación de cepas por serotipos y para el desarrollo de vacunas es el análisis de su cápsula; análisis preliminares mostraron su diferenciación en base a este carácter, sin embargo con el análisis de los genomas no se observó patrón de evolutivo de diferenciación. Algo muy interesante, es que esta bacteria no tiene rasgos genéticos propios que la definan como un patógeno, ya que esta capacidad ha sido adquirida por transferencia horizontal.
Con estas evidencias, se puede ver que es muy difícil definir el número de aislados necesarios para identificar todas las propiedades genéticas de las especies de este género, ya que ni por medio de modelos predictivos fue posible determinar ducho número, lo cual podría ser muy importante en la toma de decisiones y de estrategias para la prevención de epidemias de esta bacteria. Con todo lo anterior se puede observar que a pesar de los avances que se han generado con el uso de herramientas tan sofisticadas como la genómica es complicado determinar la historia evolutiva de los microorganismos, que para algunos casos sí ha generado información determinante que ha permitido comprender su historia evolutiva.
Genome analysis of multiple pathogenic isolates of Streptococcus agalactiae: Implications for the microbial ‘‘pan-genome”
Lo relevante para mí de este trabajo realizado, fue que esclareció un poco más la definición de pangenoma, la unión de los genes presentes en todas las cepas (genoma núcleo) un genoma dispensable que podía estar presente y ausente en las demás cepas. Este estudio lo realizo en cepas de Streptococcus sp, que tienen importancia medica debido a que son patógenas, utilizo dos cepas que habían sido secuenciadas y los datos estaban disponibles en una base de datos, más las 6 cepas que el secuencio. Las ocho cepas presentabas casi el mismo tamaño y cantidad de genes. Tenían genes ortólogos altamente conservados. Encontraron a través de una función exponencial negativa que la adición de nuevas cepas disminuía la cantidad de genes, núcleo, compartidos hasta que alcanzaba un mínimo de 1806 genes compartidos. En cambio una misma función exponencial fue realizada para el pangenoma pero resulto lo contrario cada nueva secuencia introducida de una cepa secuenciada individualmente añadia 33 nuevos genes específicos de la cepa, por lo que iba creciendo en tamaño, y lo denominaron pangenoma “abierto”, que en comparación con el pangenoma de B. anthracis parecía definir su pangenoma a solo cuatro cepas, pues la adición de una más hacia que el pangenoma cayera a valores de cero, proponen que es debido que B. anthracis es altamente clonal y su variabilidad está asociada solo a plásmidos de virulencia. Me pareció un poco confuso al momento que quisieron correlacionar lo genes compartidos a las funciones que realizan, siendo la mayoritariamente clasificadas como proteínas con funcionalidad desconocida, mientras que las funciones de house-keeping se encontraban en el genoma dispensable. Los elementos extra cromosomales y móviles son abundantes en este grupo debido a que hay continuos eventos de THG. Aunque en el genoma núcleo estos genes esta sub- representados no siendo muy comunes estos eventos en la evolución del Streptococcus sp. Concluyeron que la técnica de secuenciación multiple de 8 genomas no es suficiente para identificar todos los genes presentes en estas especies.
Propones que aquellas especies que tienen un pangenoma abierto son las que pueden ser potencialmente verdaderas especies incluso a su alta frecuencia de elementos móviles, y el caso de B. anthracis podría no considerarse una especie verdadera ya que mayoritariamente es clonal. Propone que las técnicas de MSL no son suficientes para poder esclareces la enorme diversidad dentro de esta cepa, y diferenciar las relaciones evolutivas y ecológicas que los correlacionan a un organismo con el otro.
Se realizó un análisis comparativo de los genomas de 8 cepas del grupo B de Streptococcus (GBS) para explorar la variabilidad dentro del grupo. Debido a que se contaba con 2 genomas disponibles en las bases de datos, se generaron las secuencias genómicas de 6 cepas representantes del GBS. Con las 8 secuencias genómicas se estimó: el número de genes compartidos en todas las cepas (core-genoma) así como el repertorio global génico de todas las cepas (pan-genoma). Utilizando un modelo matemático que utiliza la función de combinatoria binomial y la función de decaimiento exponencial, extrapolaron el número de genes encontrados en cada secuencia genómica nueva. En el caso del core genoma, se obtuvo que éste último, alcanza un máximo de ~1,800 genes compartidos entre las especies. En el caso del pan-genoma se estimó el número de nuevos genes agregados por cada secuencia genómica. De lo anterior se obtuvo que, por cada secuencia genómica del grupo GBS, se identificarían en el genoma en promedio 33 nuevos genes específicos de cepa. Por lo cual, en este trabajo sugieren que las cepas de grupo B de Streptococcus tienen un pan-genoma abierto, y que el tamaño crecerá al incorporar información de nuevas cepas secuenciadas. Debido a lo anterior, determinaron que 8 genomas no son suficientes para identificar todos los genes presentes en las especies, y que el modelamiento matemático, resultó en la predicción que incluso secuenciando cientos de genomas no sería suficiente. Por otra parte caracterizaron las relaciones genéticas entre los 8 genomas de GBS, además de que compararon el contenido génico de las mismas. Lo interesante en los resultados obtenidos, fue la observación de que las cepas de diferentes serotipos comparten un mayor número de genes, que cepas del mismo tipo de serotipo es decir, diferentes serotipos pueden estar más relacionados que cepas del mismo serotipo. En conclusión, los resultados obtenidos en este trabajo resaltan la importancia de describir la taxonomía de cepas bacterianas utilizando toda la información del genoma. También se pone en evidencia la gran ventaja de utilizar el core- genoma y el pan-genoma para hacer claras diferencias entre especies, en comparación de los métodos tradicionales de clasificación como MLST o el índice de re asociación de DNA-DNA o incluso la tipificación con 16Srna. Además sugieren que la utilización del core y pan-genoma pueden ser herramientas de gran utilidad para proveer una definición más consistente de especie
El pensar cuántos genomas serían necesarios para poder describir una especie parecería trivial, sin embargo, por este artículo uno puede darse cuenta de que las cosas pueden complicarse mucho más allá de lo imaginable. Seleccionando la cepa tipo de Streptococcus agalactiae, 5 cepas que representan los principales serotipos patógenos en EE. UU. y teniendo también ya secuenciados otros dos genomas, la diversidad de la especie parece ser muy grande. Aunque guardan semejanzas como el tamaño de genoma, un número similar en la predicción de genes y genes ortólogos conservados. Además, de acuerdo a las predicciones el genoma núcleo parece permanecer relativamente constante, incluso si se agregasen más genomas. Sin embargo, en el caso del pan-genoma de este grupo de estreptococos es abierto y crecería con cada secuencia adicionada. En este caso fue interesante que hicieran el contraste respecto a Streptococcus pyogenes y Bacillus anthracis, mostrando resultados similares entre los estreptococos y en el caso de Bacillus una tendencia a cero correlacionado con lo altamente clonal que es esta especie y menos representativo de la especie si pertenece a un mismo clade evolutivo.
Resulta muy interesante también el hecho de que al efectuar los alineamientos, se pensaba que se mantendría relación entre serotipos y similitudes en las secuencias, sin embargo, cepas de diferentes serotipos mostraron compartir un alto número de genes que entre cepas del mismo serotipo. Por lo tanto, el agrupamiento de las 8 cepas resultó ser independiente del serotipo. Así mismo, muchos de los genes cepa específicos parecen estar en islas genómicas, flanqueadas por elementos de inserción y con una composición de nucleótidos atípico. Lo cual podría sugerir una posible adquisición por medio de transferencia horizontal.
Aunque al parecer 8 genomas no son suficientes para describir a la especie y todos los genes que están presentes, para generar el pan-genoma, la aplicación de modelos matemáticos resulta también desalentador (prediciendo que incluso cientos de genomas no serían suficientes). Pero nos ayuda a darnos cuenta que la clasificación por serotipos (por la composición del polisacárido capsular) no le hace justicia a la diversidad genética.
Los comentarios están cerrados.