Caracterización genómica de una bacteria vampiro que asecha en el agua salada
Las bacterias pertenencientes al grupo CPR (“Candidate Phyla Radiation”) suelen presentar genomas y células pequeñas, algunas de menos de 1 Mbp y 0.2 μm. Recientemente Moreira y colaboradores (2021), analizaron el genoma de una especie del grupo a la que nombraron Vampirococcus lugosii, en honor a Bela Lugosi, actor reconocido por su famosa interpretación de Drácula. Dicho género ya había sido descrito con anterioridad y su nombre hace alusión a la naturaleza epibiótica en la que se alimentan del citoplasma de otras bacterias. Mietras los autores estudiaban tapetes microbianos de la Laguna Salada de Chipriana (en España) que mantuvieron en cultivo, observaron la proliferación de bacterias fotosintéticas. Al estudiar a las bacterias fotosintéticas de manera cuidadosa, notaron que algunas de ellas estaban infectadas por bacterias más pequeñas adheridas a su superficie, cuya morfología correpondía con la de Vampirococcus. Cuando éstas bacterias epibióticas se dividen, se apilan una sobre la otra y se pueden separar para buscar nuevas células hospederas.
Fig. 1 Sampling site and microscopy observation of Vampirococcus cells. a General view of the microbial mat covering the shore of the Salada de Chiprana lake. b Closer view of a microbial mat section. c Natural population of blooming sulfide-dependent anoxygenic photosynthetic bacteria in waters ofmicrobial mat containers after several weeks of growth in the laboratory; note the conspicuous refringent intracellular sulfur inclusions. d–f Closer microscopy view of anoxygenic photosynthetic bacteria infected by epibiotic Vampirococcus cells and few-cell filaments (indicated by yellow arrows).
g Scanning electron microscopy image of a host cell infected by two stacking Vampirococcus cells (yellow arrow). h Transmission electron microscopy (TEM) image of a thin section of a host cell infected by Vampirococcus (yellow arrow). i Closer TEM view of a thin section of Vampirococcus cells, notice the fibrous rugose cell surface and the large space separating contiguous cells. Scale bars: 5 cm (b), 5 μm (c), 1 μm (d–h), 0.5 μm (i).
Por medio de la amplificación masiva del gen 16S rRNA identificaron a ambos tipos de bacteria y notaron que las fotosintéticas pertenecían a gammaproteobacterias similares a Halochromatium, mientras que las secuecnias del epibionte serían Absconditabacteria del grupo CPR correspondientes a V. lugosi. Al secuenciar los genomas completos utilizando Illumina Hiseq, lograron ensamblar casi por completo el genoma de Vampiroccocus. Dicho ensamble presentó una longitud de 1.3 Mbp y un código génetico modificado en el que el codón de término UGA está reasignado como un condón adicional de glicina. Del total de proteínas predichas, el 48.9% no fue encontradas en la base de datos de COG y 390 de sus genes estuvieron compartidos con otras Absconditabacteria.
Fig. 2 Phylogeny and global gene content of the Vampirococcus genome. a Maximum likelihood phylogenetic tree of bacteria based on a concatenated dataset of 16 ribosomal proteins showing the position of Vampirococcus lugosii close to the Absconditabacteria (for the complete tree, see Supplementary Fig. 4). Histograms on the right show the proportion of genes retained in each species from the ancestral pool inferred for the last common ancestor of Absconditabacteria, Gracilibacteria and Peregrinibacteria. b Percentage of Vampirococcus genes belonging to the different Clusters of Orthologous Groups (COG) categories. c Genes shared by Vampirococcus and the three Absconditabacteria genomes shown in the phylogenetic tree. COG categories are: Energy production and conversion [C]; Cell cycle control, cell division, chromosome partitioning [D]; Amino acid transport and metabolism [E]; Nucleotide transport and metabolism [F]; Carbohydrate transport and metabolism [G]; Coenzyme transport and metabolism [H]; Lipid transport and metabolism [I]; Translation, ribosomal structure and biogenesis [J]; Transcription [K]; Replication, recombination and repair [L]; Cell wall/membrane/envelope biogenesis [M]; Secretion, motility and chemotaxis [N]; Posttranslational modification, protein turnover, chaperones [O]; Inorganic ion transport and metabolism [P]; General function prediction only [R]; Function unknown [S]; Intracellular trafficking, secretion, and vesicular transport [U]; Defense mechanisms [V]; Mobilome: prophages, transposons [X]; Secondary metabolites biosynthesis, transport and catabolism [Q].
La anotación de los genes predichos de V. lugosii indica una muy alta especialización metabólica, dónde su unica fuente asimilable de carbono es el 3-fosfoglicerato. De manera similar, cuenta con muy pocas vías biosintéticas para la síntesis de aminoácidos, nucleótidos y lípidos. Sin embargo, varios de sus genes parecen estar relacionados con la construcción de una superficie celular fibrosa, junto con la síntesis de transportadores y proteínas que podrían estar implicadas en el reconocimiento y adhesion al hospedero. Así mismo, contaría con varios factores de virulencia como la hemolisina y su translocador, que han sido encontrados en otras bacterias epibióticas del grupo CPR. También cuenta con una fosfolipasa que podría participar en la degradación de la pared celular del hospedero para la posterior asimilación de sus fosfolípidos. En relación con la obtención de nutrientes, se identificaron varios genes que codifican para la síntesis de transportadores de hierro, carbohidratos, peptidos y DNA, que obtendrían a partir de sus hospederos. Sin duda es un trabajo interesante que nos permite conocer un grupo de bacterias poco estudiado, y parece ser la primera caracterización de Vampirococcus, que fue descrita hace mucho años, pero cuyo genoma fue descrito hasta ahora.
Fig. 3 Metabolic and cell features inferred from the genes encoded in the Vampirococcus genome. The diagram shows the host cell surface (bottom) with two stacking Vampirococcus cells attached to its surface.
Referencia:
Moreira, D., Zivanovic, Y., López-Archilla, A. I., Iniesto, M., & López-García, P. (2021). Reductive evolution and unique predatory mode in the CPR bacterium Vampirococcus lugosii. Nature communications, 12(1), 1-11.
