La transferencia horizontal de genes explica en gran medida la supervivencia a concentraciones extremas de metales pesados en Acidithiobacillus
El género Acidithiobacillus está compuesto de bacterias Gram-negativas quimiolitotróficas y debido a que oxidan compuestos inorgánicos de azufre, han sido utilizadas para llevar a cabo biolixiviación de minerales. Bacterias de este género se encuentran en drenaje ácido de minas en donde comúnmente hay concentraciones tóxicas de metales pesados como Hg, Cu y Co, y metaloides como As. Para crecer en estas condiciones existen cuatro mecanismos moleculares principales: quelación y precipitación de los iones metálicos, eflujo de los iones por medio de bombas membranales, la transformación de los iones a formas menos tóxicas y la producción de paredes celulares impermeables a estos iones. La transferencia horizontal de genes es un factor crucial en la evolución adaptativa en bacterias, junto con la selección natural y la duplicación de genes. Incongruencias en el contenido de G+C y filogenias de genes permiten detectar estas transferencias.
En el presente trabajo, los autores indagaron en los factores genéticos y la historia evolutiva de la resistencia a metales pesados en el género Acidithiobacillus para lo cual llevaron a cabo un análisis de genómica comparativa de 37 cepas de este género. Además, compararon las filogenias, el contenido génico, la conservación molecular y estimaciones de la presión selectiva y uso de codones en genes relacionados con la resistencia a metales pesados.
Los autores encontraron un pangenoma de 141, 937 genes codificantes predichos, de los cuales, la mayor parte pertenece al genoma accesorio (67.4 %) y un porcentaje mucho menor al genoma núcleo y a genes específicos por cepa (11.5 y 3.8 %, respectivamente). Asimismo, el genoma accesorio tuvo el mayor contenido de genes de resistencia a metales.
Al analizar el contenido de G+C de genes relacionados con detoxificación de metales, los autores encontraron que este porcentaje era extrañamente alto en el operón czcABC (62.2 % contra 52.9% en comparación con el resto del genoma). Al llevar a cabo árboles de genes, los autores encontraron que estos genes forman dos grupos separados y probablemente, este grupo de genes fue adquirido por transferencia horizontal de miembros de Acidihalobacter y Thiomonas.
Al analizar la presión de selección sobre estos genes, por medio de la razón dN/dS, Li y compañía encontraron que el 83.3% están bajo selección purificadora, mientras que un puñado de genes presentaron selección positiva. Las secuencias de algunos genes de resistencia a Cu y a Co, Zn y Cd tuvieron un dN/dS cercano a uno, lo que habla de selección relajada en ellas.
Por otro lado, un análisis del uso diferencial de codones en estos genes permitió estimar la tasa de expresión de los mismos y se observó que el 53.2% tuvieron altos valores de expresión, incluso cercanos a factores de elongación de la traducción.
Los resultados muestran evidencia de que la transferencia horizontal de genes ha sido un factor determinante en la evolución de la resistencia a concentraciones tóxicas de metales pesados, además de las huellas que dejan la selección y la alta tasa de expresión en estos genes. Este estudio nos ayuda a entender la compleja historia evolutiva de los mecanismos de resistencia a metales tóxicos en el género Acidithiobacillus, que probablemente podamos aplicar para otros grupos taxonómicos con formas de vida similares.
Li, Liangzhi, et al. «Comparative genomic analysis reveals the distribution, organization, and evolution of metal resistance genes in the genus Acidithiobacillus.» Appl. Environ. Microbiol. 85.2 (2019): e02153-18.
