10 de abril: Fine-scale evolution: genomic, phenotypic and ecological differentiation in two coexisting Salinibacter ruber strains.
Peña, A., Teeling, H., Huerta-Cepas, J., Santos, F., Yarza, P., Brito-Echeverría, J., Lucio, M., et al. (2010). Fine-scale evolution: genomic, phenotypic and ecological differentiation in two coexisting Salinibacter ruber strains. The ISME journal, 4(7), 882–95. doi:10.1038/ismej.2010.6
Genomic and metagenomic data indicate a high degree of genomic variation within microbial populations, although the ecological and evolutive meaning of this microdiversity remains unknown. Microevolution analyses, including genomic and experimental approaches, are so far very scarce for non-pathogenic bacteria. In this study, we compare the genomes, metabolomes and selected ecological traits of the strains M8 and M31 of the hyperhalophilic bacterium Salinibacter ruber that contain ribosomal RNA (rRNA) gene and intergenic regions that are identical in sequence and were simultaneously isolated from a Mediterranean solar saltern. Comparative analyses indicate that S. ruber genomes present a mosaic structure with conserved and hypervariable regions (HVRs). The HVRs or genomic islands, are enriched in transposases, genes related to surface properties, strain-specific genes and highly divergent orthologous. However, the many indels outside the HVRs indicate that genome plasticity extends beyond them. Overall, 10% of the genes encoded in the M8 genome are absent from M31 and could stem from recent acquisitions. S. ruber genomes also harbor 34 genes located outside HVRs that are transcribed during standard growth and probably derive from lateral gene transfers with Archaea preceding the M8/M31 divergence. Metabolomic analyses, phage susceptibility and competition experiments indicate that these genomic differences cannot be considered neutral from an ecological perspective. The results point to the avoidance of competition by micro-niche adaptation and response to viral predation as putative major forces that drive microevolution within these Salinibacter strains. In addition, this work highlights the extent of bacterial functional diversity and environmental adaptation, beyond the resolution of the 16S rRNA and internal transcribed spacers regions.
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El objetivo de este estudio fue el de realizar una comparación a nivel genómico, de metabolismo, así como de algunos caracteres ecológicos en dos cepas del hiperhalófilo Salinobacter ruber, M8 y M31. De estas cepas se sabía que son idénticas a partir de los genes ribosomales así como por algunas regiones intergénicas, sin embargo también poseen algunas regiones hipervariables (HVR).
Como hemos visto planteado en varios artículos, con el advenimiento de la era genómica, se han abierto varias puertas en cuanto a la tipo y cantidad de información que podemos obtener y analizar. En este trabajo como ya se mencionó realizan una comparación de dos genomas secuenciados, lo que permite el estudio de la evolución a un nivel más fino, esto desde luego sin olvidar las técnicas clásicas de tipificación. Una de estas técnicas es la hibridación DNA-DNA la cual ha sido usada por mucho tiempo para definir especies cuando el porcentaje de hibridación es menos al 70%. Para el caso de las cepas analizadas, se encontró un nivel de hibridación bajo, 88%, considerando que ambas son idénticas en cuanto al cluster de rRNA, lo cual nos podría estar hablando de diferencias a nivel de micro-nichos.
Otros de los datos que se encontraron es que a pesar de su nivel de hibridación DNA-DNA, al momento de referirnos a los genes se encontró una alta conservación en cuanto a su orden y orientación, además que solo el 10% de éstos son cepa específicos. Algo interesante es que la mayoría de estos genes específicos fueron localizados en las HVR, en las cuales además el uso de codones no era constante.
Debido al hábitat del que las cepas fueron aisladas, los autores se preguntaron sobre el porcentaje de genes que pudieron haber llegado por eventos de transferencia lateral (LGT), en particular de la Archea halofílica H. walsbyi. Al analizar los genes candidatos de transferencia se encontró que mayoría de ellos estaban clasificados como propios de S. ruber y solamente 8 presentaba señal de un origen en Archea. Cuando hablamos de eventos de transferencia de genes, comúnmente se analiza el uso diferencial de codones en esta región pues en base a ellos podemos estimar que tan recientes han sido estos eventos. Para el caso de los genes analizados aquí, se encontró que la mayoría de los genes con compartidos presentes por transferencia no son recientes, pero que aquellos propios de M8 son eventos más recientes. En lo que respecta a su metabolismo, la mayoría de las diferencias en M8 respecto a M31 están relacionadas con moléculas que son secretadas al medio. Finalmente al realizar ensayos de competencia entre estas dos cepas, se observó que bajo condiciones standard de crecimiento, M8 podía “ganarle” a M31, lo cual sugiere una competencia entre estas dos poblaciones.
En este trabajo como vimos, el uso de los genes 16S rRNA no es del todo útil, pues al trabajar con cepas altamente relacionadas no contamos con la resolución adecuada, la cual en este caso pudo ser obtenida a partir del uso de las ITSs. También se encontró que estas cepas a pesar de estar relacionas, son genéticamente distintas, pero que estas diferencias sean o no útiles, dependerá más del medio que de su genoma.
Aunque no pertenecen a este artículo, adjunto comentarios sobre los otros dos.
Control de Lectura. Second order selection for Evolvability. . .
La “Evolvability” es “el potencial evolutivo” que operacionalmente se define como el grado esperado en el cual un linaje comienza a incrementar su “fitness”, después de evolucionar por un cierto tiempo en un determinado ambiente.
¿Existe alguna relación entre la mutación y la evolvabilidad? Al parecer los organismos con altas tasas de mutación tienen potenciales evolutivos mayores pero bajo ciertas condiciones.
La hipótesis del artículo es que la competencia entre linajes asexuales puede conducir a una ¿selección de segundo orden? debido justamente a un mayor potencial evolutivo.
Y para probar la hipótesis se revivieron poblaciones congeladas de E. coli y se comparó el fitness y el destino último de cuatro clones genéticamente distintos.
Dos clones con mutaciones benéficas y que, por lo tanto, debieron eventualmente adueñarse o predominar en las poblaciones, tuvieron un fitness competitivo más bajo que las otras dos poblaciones clonales con mutaciones que después las extinguieron. Estas poblaciones que permanecieron (llamadas ganadores eventuales) prevalecieron debido a su gran potencial evolutivo (evolvabilidad) para una futura adaptación. Se explica, por otra parte, que existen interacciones genéticas que reducen los beneficios de ciertas mutaciones en los perdedores eventuales y que esto es lo que los deja fuera de competencia.
Desde mi punto de vista no es claro a que se le llama “selección de segundo orden” y este concepto, junto con “evolvability” me llamaron la atención, ya que se usan también la teoría macroevolutiva, concretamente en la teoría de la evolución del desarrollo (evo-devo).
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Control de Lectura. Mutation rate_E. coli.
Me parece que el trabajo que se realiza en este artículo es realmente sorprendente. Se secuenciaron 19 genomas de Eschlerichia coli tomados de un experimento de la evolución de 40,000 generaciones!! Y además se infirió la tasa de mutaciones puntuales basadas en la acumulación de sustituciones sinónimas. ¿Por qué llevaron a cabo este trabajo? Conocer más sobre la mutación es importante porque es una de las principales fuentes de variación junto con la recombinación; conocer estas tasas de mutación es útil, ya que son un componente cuantitativo importante de la teoría evolutiva.
Se plantea que los métodos tradicionales para estimar las tasas de mutación, tienen ciertas limitaciones y que empleando secuencias de genomas completos se tienen estimaciones más directas.
Se detectaron un total de 52 sustituciones sinónimas en los 19 genomas secuenciados. La tasa de mutación puntual fue de 8.9×10211/bp/generación.
Este valor de la tasa de mutación es intermedio con respecto a otros estudios.
Además se reportó una tendencia significativa a incrementar el contenido de A-T. Por último, la comparación de estos datos con los de otros trabajos, permitió concluir que estas estimaciones son mediciones más precisas de las tasas de sustitución de bases en bacterias.
Este artículo presenta otra perspectiva sobre la divergencia entre cepas de la misma especie (Salinibacter ruber M8 y M31), resaltando la importancia de no solamente considerar diferencias en el gen del 16S rRNA sino que también considerar, por ejemplo, regiones intergénicas que muestran mayor variación en las secuencias (y a nivel de cepa proporcionarían mejor resolución, como con las diferencias detectadas a través de este trabajo). De esta manera, estas dos cepas muestran diferencias en regiones hipervariables que al parecer están confiriéndoles diferencias funcionales posiblemente relacionadas con una mejor adaptación ecológica (aunque no es común que se den cambios dramáticos en su ambiente).
S. ruber M8 y M31 muestran alto grado de sintenia, manteniendo el orden y la orientación de los genes, compartiendo una similitud del 90% de su genoma (10% parece ser cepa-específico) y la mayor parte de los genes que son diferentes entre ellas parecen ubicarse en regiones hipervariables.
Estas regiones hipervariables parecen diferir en el contenido de genes que están relacionado con pared celuar, cápsula, membrana celular, transportadores, etc. Es muy probable que exita una presión selectiva sobre las propiedades de membrana, lo que estaría explicando las modificaciones en estaas característica para procurar mejor protección de la célula, por ejemplo, contra fagos (ambas cepas muestran diferencias en la susceptibilidad a éstos, por lo que parece que los fagos también tienen impacto sobre la micro-diversificación).
Igualmente se aprecia que la transferencia horizontal de genes tiene efecto en la diversificación de estas cepas. Ya que éstas cohabitan con archeas halófilas extremas, a través del análisis de secuencias y filogenético (p. ej., del análisis del índice de adaptación de codones, localización de codones atípicos, etc.), se aprecia la posibilidad de esta tranferencia de genes, que el evento no haya sido reciente y que el codon ya haya sido adecuado a S. ruber. Así, con otras diferencias metabólicas detectadas entre estas cepas, se estaría presentando la posibilidad de que exista competencia entrre cepas muy estrechamente relacionadas en este mismo ambiente y con el cambio de las condiciones una podría desplazar a la otra.
El artículo es un artículo descriptivo de los genomas de dos cepas (M8 y M31) de Salinibacter rube, y trata específicamente de una comparación del genoma y el metaboloma, además de un análisis de características ecológicas que confieren las diferencias entre los genomas. La motivación del estudio fue la observación de que el porcentaje de hibridización es sólo del 88%, por lo que debería de haber diferencias genéticas entre ambas, aún cuando las dos habitan un lugar que parece ser homogéneo a simple vista. La cercanía filogenética hizo que hubiera, como es de esperarse, un alto grado de conservación entre las secuencias. A pesar de todo, 518 secuencias ortólogas poseían bajos niveles de identidad y alrededor del 10% de los genes eran específicos para una u otra cepa. Algunas de las diferencias más notables entre las dos variedades eran la presencia de 20 duplicaciones en una, ausentes en la otra, la tasa de sustituciones no sinónimas respecto a la tasa de sustituciones sinónimas, que tenía un valor mayor de uno para 41 genes, además de dos zonas hipervariables. Sin embargo, dejando de lado las estadísticas y los meros datos de la comparación, lo que me parece más importante es la comparación del perfil funcional, pues la función es lo que finalmente hace que una u otra variedad pueda adaptarse a un nicho ecológicamente distinto. La diferencia más aparente en este caso fue la abundancia de genes con funciones de producción de energía, transporte de aminoácidos y metabolismo en la cepa M31, y la baja representación de genes relacionados con la síntesis de la membrana y la cubierta celular en la cepa M8. Asimismo, el análisis del metaboloma indica que ésta última poseía una mayor cantidad de metabolitos relacionados con vías que involucran aminoácidos y carbohidratos. Finalmente, para comparar el desempeño de ambas cepas en condiciones de diferente salinidad (que es el nicho al que éstas están adaptadas después de todo) se hizo un experimento de su viabilidad y su habilidad competitiva bajo diferentes tratamientos de esta condición. Bajo condiciones de alta salinidad, la cepa M31 resultó ser mucho mejor competidora, mientras que bajo condiciones estándar, M8 fue la ganadora. Las conclusiones nos dejan ver de nuevo que la diferenciación genómica entre poblaciones de bacterias que comparten el mismo espacio es común y que muy probablemente éstos cambios tienen una correlación directa con adaptaciones a distintos ambientes (como en el caso del artículo de Sulfolobus).
Fine-scale evolution: genomic, phenotypic and ecological differentiation in two coexisting Salinibacter ruber strains
En los recientes años se ha dado importancia a como cambios en el ambiente son relevantes para los microrganismos, y la utilización de comparación de sus genomas mayormente, en procariontes, puede abrir la puerta hacia el curso de la evolución a nivel de DNA, también conocido como microevolución. Motivado por esto los actuales trabajos de investigación en cepas cercanamente relacionadas han distinguido adaptaciones genómicas distribuidas en ecotipos, distinguidos principalmente por 16-23SrRNA pero carecen de profundidad para distinguir la microdiversidad dentro de los clusters. La relevancia de la existencia de diversidad dentro de las poblaciones microbianas, aún queda por descubrir, tanto en su rol funcional, así como su origen. Son pocos casos donde se ha tratado de responder estos cuestionamientos como es el caso de Vibrio. Este trabajo realiza la comparación del genoma de dos cepas cercanamente relacionadas, del genero Salinibacter (Salinibacter ruber); su hábitat es encontrado en ambientes salinos, de Australia, Los Andes, Turquía y España. Sus vecinos son arqueas y principalmente interacciona con Haloquadratum walsbyi. Las cepas utilizadas son llamadas M8 y M31, tienen idénticas secuencias de operones ribosomales, sin embargo su nivel de DNA:DNA es del 80 % debido a la enorme microdiversidad de esta especie. ¿Pero esta diversidad es resultado de selección neutral o tiene alguna relevancia ecológica? Ambas cepas comparten altos niveles de genes conservados, y la mayoría de genes divergentes están agrupados en regiones hipervariables (HVRs). El 10 % de sus genes son específicos de cada cepa, la mayoría concentrados en las regiones HVRs, ambas cepas solo comparten el 17 %. Por medio de la reconstrucción filogenética, se hallaron 20 genes duplicados en la cepa M8 que estaban ausentes en M31, la mayoría de estos tenían que ver con transposasas. Este hallazgo lo tomaron como una posible evidencia de divergencia. El valor de dN/dS es de 0.125 que comparado con las cepas de E. coli de 0.081, que tienen un valor más bajo debido a que está bajo selección purificadora, las cepas de S. ruber podrían ubicarse en un estado medio (selección purificadora no tan alta), pues no se encuentran bajo cambios dramáticos de nicho. Sin embargo, hay 41 genes que tienen valores por arriba de uno, y es probable que se encuentren bajo selección positiva. Hay pocas evidencias de genes que presentan elevados valores de dN y dS en cepas relacionadas, y lo correlacionan a que son resultado de formaciones parálogas (duplicaciones de genes en que uno de los genes esté en proceso de sub o neo-funcionalización). Se determinaron 2 regiones hiervariables en M8, con bajos contenidos de G+C (HVR1 y HVR2 ) que son identificadas como 2 islas genómicas, no están asociadas con RNAt por lo que no son segmentos móviles como se caracterizan las islas patogénicas, el 21 % de sus genes están involucrados en membrana externa, tienen un valor bajo de CAI, lo que podría ser evidencia de reciente adquisición. Las principales diferencias metabólicas entre M8 y M31 son que la primera codifica sulfotransferasa y glucosidasas, mientras que M31 contiene metabolitos sulfonados y glicosilados siendo asignado que la cepa M8 contiene más metabolitos en las rutas de aa que la M31. Debido a que las regiones hipervariables están asociadas a superficie celular se esperaba que ambas cepas difirieran en la susceptibilidad a fagos, esto solo se observaba cuando variaba la salinidad del medio, en baja sal M8 tenía más bajo conteo de fagos que M31, pero esto se invertía al subir la salinidad. Algo similar paso en la prueba de competencia cuando se aumentaba la salinidad la cepa M31 era cuatro veces más que la densidad de M8, en baja salinidad solo era dos veces más. Es probable que bajo ciertas condiciones M31 sea capaz de excluir a M8. No obstante eso no puede pasar en el ambiente natural debido a las fluctuaciones naturales que hay en la salinidad del medio en el que viven. Aunque bien este tipo de comportamiento no podría ser revelado solo mediante análisis de RNAr. Así que responden que la micro-diversidad de las cepas M31 y M8 si son neutrales o no depende más de los cambios del ambiente que en los genes.
Actualmente es posible comparar genomas completos de procariontes relacionados y estudiar evolución a nivel de DNA, sin embargo, la llamada microevolución sólo puede estudiarse si se comparan genomas de diferentes cepas dentro de una misma especie y estos trabajos dan una idea de cómo evolucionan los genomas bacterianos, la diversidad dentro de una especie y los mecanismos evolutivos que impulsan estos procesos.
Salinibacter es un género que vive en ambientes hipersalinos, en los cuales es dominante. Dos cepas aisladas de esta especie (M8 y M31) comparten una secuencia de operon de rRNA y son las más cercanamente relacionadas y por lo tanto son un ejemplo de microdiversidad a pequeña escala dentro de una misma especie; sin embargo su hibridización DNA-DNA es de 88% lo que indicaría grandes diferencias genómicas, que son difíciles de explicar dado que viven en el mismo ambiente, que es relativamente homogéneo. Se han comparado sus genomas y se identificaron diferencias fenotípicas por análisis del metaboloma y para ver sus diferencias ecológicas se evaluó su susceptibilidad a fagos. Se encontró que comparten alrededor del 90% de sus genes (10% son especie-específicos). Los halofagos son agentes importantes en la mortalidad de microorganismos en ambientes hipersalinos y por lo tanto influyen en la micro diversificación de procariontes en este tipo de ambientes; algo particular de M8 y M31 es que no tienen el sistema de defensa viral CRISPR, por lo tanto están indefensas contra fagos y las pruebas realizadas indican que su susceptibilidad a los mismos es diferente. Concluyen que M8 y M31 son cepas diferentes que compiten, responden diferente a condiciones ambientales y que han atravesado un proceso de diferenciación simpátrica en su ambiente.
Los estudios con genomas completos nos brindan la posibilidad de ver las diferencias entre miembros de una misma especie, diferencias que pueden significar adaptaciones a un sitio especifico.
En este articulo se hace la comparación de dos genomas del genero Salinibacter M8/M31. Encontraron que sus genomas son muy parecidos a excepción de dos regiones hipervariables que es donde se encontraron algunos genes específicos.
Al compartir hábitat con otros linajes como las arqueas también se especulo sobre la posibilidad de transferir genes horizontalmente, así en este estudio se vio que al menos ocho genes provenían de arqueas y no se encontraban en las regiones hipervariables, lo que significa que se adquirieron antes de que iniciara la divergencia.
Entre los genes que se encontraron en las regiones hipervariables estaban los relacionados con las estructuras de superficie, por lo que los aislados fueron sometidos a pruebas con fagos y a competir en diferentes ambientes de salinidad, se observo que ambos aislados respondían diferente ante los estimulos. Esto lleva a pensar a los autores que pueden estar ante un proceso de especiación simpátrica y resaltan la importancia del estudio con genomas completos, puesto que el 16S RNA en este caso era idéntico entre los dos aislados, sin embargo hay claras diferencias en la forma de responder al ambiente.
Al evaluar más allá de la similitud calculada con 16s rRNA, se pueden avaluar aspectos ecológicos y evolutivos. En el caso de Salinibacter ruber, uno de los microorganismos más abundantes en ambientes hipersalinos, la comparación a nivel RNA incluidos los ITS, demuestran que son cepas 2 “identicas” (2 cepas aisladas simultáneamente M8 y M31) y la DDH de 88% es un reflejo de las diferencias de aminoácidos que se puden dar por la formación de micro-nichos. A partir de estas cepas, se desarrollo un estudio de corta escala a través de ensayos ecológicos como concentración de salinidad, susceptibilidad por fagos y competencias entre cepas.
Definitivamente los niveles de conservación entre las cepas son altos, una región nombrada CR de 350 000pb conservadas casi al 100% (solo 99.5% sin cambios sinónimos) se podría deber a que las inserciones o delaciones entre genes siempre estará presente dejando fuera un 0.5% . De los genes totales, 90% son compartidos, de los cuales 17% no tienen homólogos en publicaciones y podrían considerarse genes específicos de especie. La reconstrucción filogenética demuestra que existen 20 duplicaciones en M8 ausentes en M31, 14 codifican para transposasas putativas; usualmente la duplicación de transposasas está asociada con las inserciones de secuencia (IS). Respeto a la proporción dN/dS para S.ruber (0.125) se encuentra intermedia comparada con valores como los de E.coli, H. pylori y N. meningitis. La zona CR tiene ortólogos relacionados con el transporte de aminoácidos y transporte de iones. De los 9 transposones encontrados, 8 están directamente relacionados con el metabolismo de potasio, transporte de membrana y metabolismo de fosforo.
Existen un par de RHV en M8 con bajo contenido de GC, bajos niveles de CAI y no está asociada con la transferencia de RNA. Esto no es tan extraño, también se ha visto en H.walsby. Varios de estas regiones están asociadas con desarrollo celular y desarrollo de membranas. La comparación metabolomica, demuestra que M8 tiene una concentración mayor de metabolitos de sulfunacion y glicolizacion.
La susceptibilidad a infecciones por fagos y la micro diversidad causada por ellos, está relacionada con las propiedades de la superficie celular por el reconocimiento de fagos, sobre todo porque un ambiente hipersalino contiene una mayor densidad vírica. Para H. walsby y bacterias marinas, la conservación de las funciones de superficie externa están muy conservadas y desarrollan sistemas antivíricos como CRISPR. M8 y M31 no contienen este tipo de sistemas. Las pruebas realizadas en cultivos con concentraciones de virus expusieron que bajo condiciones saturadas de sal en cultivos solo de M8, el conteo de placa es mayor que cualquier otra condición.
Otra variante ambiental relacionada unicamente a niveles diferenciales de salinidad, definen que, bajo condiciones especiales (altas concentraciones de salinidad), M31 podrí desplazar a M8. Se deduce que una concentración alta de salinidad esconde el crecimiento de M8 respecto a M31, pero que no compiten necesariamente, más bien es parte de un proceso dinámico de sucesión.
Después de todo el desarrollo se concluye que las diferencias neutrales o no para S. ruber M8 y M31 realmente dependerán de las condiciones ambientales. Además, se sabe que S.ruber está evolucionando, aunque no se sabe en qué dirección, es necesario estudiar a los genes de estas cepas a través del tiempo en su contexto ecológico original.
La genómica bacteriana es una nueva estrategia que ha permitido avances considerables en el estudio de la microbiología. Inicialmente, este tipo de análisis fueron aplicados en el estudio de bacterias de importancia médica o biotecnológica; actualmente se ha puesto mucho interés en el estudio de las bacterias ambientales, las cuales son indispensables para el funcionamiento de nuestro planeta. La genómica comparada permite identificar los mecanismos que generan la evolución del genoma de las bacterias y además ayuda a entender los procesos de diferenciación de especies. Una de las aportaciones que han generado mucha controversia e interés en tratar de explicar es cómo entre bacterias, que de acuerdo a la taxonomía microbiana pertenecen a la misma especie, presentan variaciones importantes en la composición de su genoma y que además les confieren variabilidad funcional. Una propuesta para tratar de explicar este tipo de variaciones ha sido desglosada en diferentes modelos de ecotipos. Sin embargo, aún hace falta mucho por conocer sobre los mecanismos ecológicos que generan este tipo de variación y la influencia que tienen en la composición genética y diferenciación bacteriana. En este caso hacen un análisis comparativo de dos cepas de Salinibacter ruber, especie bacteriana que se caracteriza por vivir en ecosistemas hiper-salinos y que análisis previos que han sido realizados, no han logrado explicar su historia evolutiva. Por lo que, con este análisis se podrían identificar probables variaciones genéticas que podrían reflejar una variación ecológica funcional en una misma especie. Ambos genomas reflejaron una elevada homogeneidad en la composición de sus genomas (90%), con excepción de algunas regiones que eran muy variables. El 10% de variabilidad fue considerado como la composición genética que es específica para cada cepa. Así también, con análisis filogenéticos se logró identificar que algunos de estos genes específicos de cada cepa se obtuvieron a partir de su divergencia. De acuerdo al promedio de sustituciones sinónimas y no-sinónimas los genes variables se encuentran bajo una selección natural positiva, ya que son genes adquiridos recientemente y se encuentran en un proceso de adaptación. En las regiones de alta variabilidad se observó la presencia de la mayor parte de los genes específicos para cada cepa y que presentaban una gran cantidad de sustituciones no-sinónimas. Esta especie convive naturalmente con arqueobacterias con capacidades fisiológicas similares, por lo que podrían intercambiar material genético asociado a su adaptación a estas condiciones ambientales; sin embargo, se encontraron muy pocas evidencias de que haya ocurrido dicho proceso. A nivel funcional se encontraron muy pocas diferencias, por lo que tienen propiedades metabólicas similares. Ecológicamente, las bacterias que habitan ambientes hiper-salinos se encuentran en contacto con una gran diversidad de bacteriófagos, que son elementos importantes para la diferenciación bacteriana; sin embargo, se encontraron muy pocos registros genéticos de haber sufrido algún efecto por la actividad vírica. Para explicar los posibles mecanismos que podrían estar ocurriendo en la coexistencia de estas dos cepas, realizaron experimentos en los que ponían a competir a ambas cepas y observaron que una de ellas era capaz de tolerar con mayor eficiencia la variación de la concentración de sales; lo cual, sugeriría una probable competencia entre ambas cepas que podría propiciar su posterior diferenciación en especies diferentes.
La genómica comparativa es un campo relativamente reciente dentro de la microbiología, sin embargo ha ayudado a entender y dilucidar procesos evolutivos que no habían podido ser estudiados con ningún otro método clásico. Entre los avances de la genómica comparativa en la microbiología podemos mencionar las evidencias claras especiación(1) origen de grupos de bacterias (2) y replanteamiento de las filogenias como el caso de Bacillus (3). En la investigación de comunidades y poblaciones bacterianas, cada vez es mas frecuente el uso de la genómica para poder identificar los mecanismos evolutivos que moldean los genomas bacterianos. Tal es el caso de este estudio, en el cual se valieron de la genomica comparativa para identificar “huellas de microevolucion” en dos genomas de la misma especie Salinibacter ruber. Las cepas M8 y M13 de esta especie, muestran un nivel de hibridación de DNA-DNA de 88%, el cual, es muy bajo para ser cepas de la misma especie.Por lo anterior Arantxa Peña y colaboradores, buscaron identificar las diferencias genómicas entre estas cepas. Ahora bien, debido a que ya contaban con el genoma de la cepa M13, secuenciaron el genoma de la cepa M8,y compararon dichos genomas poder para responder tres preguntas principales: 1. Cuáles son las diferencias genómicas entre estas cepas? 2. ¿Como surgieron estas diferencias? y finalmente 3. ¿Estas diferencias son neutrales? ¿Tienen implicaciones ecológicas? . En primer lugar se utilizó la genómica comparativa para determinaron las relaciones entre los genes parálogos y ortólogos codificados en ambos genomas. Encontraron que las diferencias genómicas se localizan mayoritariamente en regiones hipervariables o HVRs y los genes que se encuentran en dichas zonas, están involucrados en funciones de membrana y envultura celular. Por otra parte, identificaron genes putativos involucrados en eventos de transferencia horizontal para determinar el origen de los genes responsables en diferenciar genomicamente estas cepas. En este parte se obtuvieron resultados muy intersantes, la mayoría de los genes candidatos codifican para proteinas de membrana, sin embargo estas no se encuentran en regiones hipervariables, si no que forman parte del genoma core de Archaeas halofilas, por lo que sugieren la tranferencia horizontal entre dominios puede pudo ser de gran importancia en moldear los genomas de las especies de Salinibacter ruber. Finalmente, para determinar si las diferencias observadas en los genomas eran neutrales o tenían implicaciones ecológicas, se llevaron a cabo tres acercamientos 1) Se realizaron perfiles de metabolitos extracelulares de cultivos puros de ambas cepas 2) Se realizaron experimentos de competición monitoreados por rtPCR utilzando primers específicos de las cepas y finalmente se monitoreó la susceptibilidad a los fagos. En general, el ensayo de metabolitos extracelulares no fue muy concluyente, sin embargo los análisis de competición y de susceptibilidad a fagos, mostraron que la cepas M8 y M13 responden diferencialmente a condiciones extrernas, y por lo tanto pueden estar en proceso de especiacion simpátrica en su ambiente. Los autores mencionan que no pueden determinar que camino seguiran estas especies, pero lo que sí está claro, es que un 10% de diferencia a nivel genómico puede pasar desaprecibido en pruebas bioquímicas o fisiologicas, sin embargo como se observa con genomica compartaiva, éste bajo porcentaje, puede ser tan importante compo para propiciar la especiacion simpatrica de dos cepas.
(1) Cadillo-Quiroz H et al., 2012. Patterns of gene flow define species of thermophilic Archaea. PLoS Biol;10(2)
(2) Zhaxybayeva O et al 2009. On the chimeric nature, thermophilic origin, and phylogenetic placement of the Thermotogales. Proc Natl Acad Sci U S A;106(14):5865-70.
(3) Alcaraz LD, et al., 2010 Understanding the evolutionary relationships and major traits of Bacillus through comparative genomics. BMC Genomics;11:332.
Este artículo nos muestra cómo dos cepas de la especie de Salinibacter ruber han evolucionado coexistiendo en un mismo ambiente pero mostrando a nivel fino del genoma diferencias importantes en su metabolismo que se demuestra pueden ser relevantes para su adaptación particular mediada por la competencia y la susceptibilidad a los fagos y que imponen un fuerte componente de selección en los ambientes hipersalinos en los que se desarrollan estas bacterias. Me gustó toda la discusión y análisis fino de las diferencias entre los dos genomas, dado que a nivel del gen 16S ribosomal son casi idénticos pero muestran muchas diferencias 88% en la hibridización DNA-DNA y múltiples diferencias en cuanto a las islas genómicas (incluyendo las llamadas hipervariables) y la naturaleza composicional de las mismas que mucho invita a los análisis finos de las regiones del genoma para buscar señales de adaptación y evolución que expliquen el origen de los genes. Y veo más evidencias de que los mecanismos de transferencia horizontal son muy importantes y generalizados además de que involucra genes de distinta naturaleza que pueden ser parte del core, del genoma accesorio, y que en particular los genes únicos son importantes marcadores pues tienen historias evolutivas que es pertinente estudiar y se puede aprender mucho de sus contextos genéticos mediante el estudio comparativo. No me queda duda que hay distintas islas genómicas que caracteriza también a los genes únicos, y a otros más genes interesantes desde el punto de vista del pangenoma.
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