La secuenciación microbiana directa de muestras ambientales, como el agua del océano, las superficies de los hospitales y el intestino humano, ha iluminado la gran cantidad de microbios presentes en nuestro mundo. Sin embargo, una especie microbiana puede ser genéticamente diversa, y esta variabilidad a menudo esno capturado durante el análisis metagenómico. En un estudio publicado en línea en Investigación del genoma , los científicos desarrollaron una nueva herramienta para examinar las diferencias genéticas dentro de las especies bacterianas y descubrir nuevos patrones de transmisión en microbiomas materno-infantiles y metagenomas marinos no previamente apreciados por los análisis a nivel de especie.
Dentro de una especie bacteriana dada, el contenido de genes puede variar en un 50% o más del genoma de referencia. "Esto sugiere una variabilidad masiva a nivel de cepa que podría tener consecuencias funcionales reales", dijo la autora principal Katherine Pollard, PhD, de GladstoneInstitutos y la Universidad de California, San Francisco UCSF. "Vimos la necesidad de una herramienta computacionalmente eficiente para cuantificar esta variación de los datos de metagenómica de escopeta".
Los investigadores desarrollaron la herramienta, MIDAS, para perfilar rápidamente las diferencias en el contenido de genes y las variantes de un solo nucleótido a través de cepas bacterianas. Para construir MIDAS, los investigadores primero generaron una base de datos de 31,007 genomas bacterianos de alta calidad. Utilizando un conjunto de 30 informativos "universales"genes, agruparon jerárquicamente los genomas para definir especies. Los investigadores pudieron asignar el 8,6% de los genomas no anotados previamente a una especie, y reasignaron especies para el 9,8%.
Aplicando MIDAS a 98 metagenomas de heces de madres e infantes, los investigadores usaron diferencias genéticas a nivel de cepa para rastrear las bacterias entre madres y bebés. "Las variantes a nivel de cepa revelan patrones que contradicen lo que uno asumiría de los patrones a nivel de especie", dijoprimer autor Stephen Nayfach, un estudiante graduado en la UCSF. Estudios anteriores sugirieron que los microbiomas maternos e infantiles se vuelven más similares durante el primer año de vida. Sin embargo, al examinar los "alelos marcadores" o las raras diferencias genéticas, los investigadores encontraron que las cepas colonizadoras tempranasse transfieren de la madre, pero las cepas de colonización tardías son diferentes y probablemente se adquieren del medio ambiente. "La maduración del microbioma intestinal infantil durante el primer año da la impresión de transmisiones continuas de la madre", dijo Pollard.Las variantes genéticas en la bacteria muestran que las cepas adquiridas a menudo no son las mismas que las de la madre ".
Los investigadores también aplicaron MIDAS a muestras marinas recolectadas a diferentes profundidades en los océanos del mundo. La mayoría de las bacterias marinas prevalentes tenían diferencias en el contenido de genes que estaban fuertemente asociadas con la geografía. Se necesitará trabajo adicional para distinguir si las diferencias genéticas entre ubicaciones son el resultadode adaptación o deriva genética dentro de la especie. "El próximo gran desafío es desenredar las fuerzas que impulsan la estructura de la población en el microbioma y asociar esta variabilidad con los rasgos del huésped o del medio ambiente", dijo Pollard.
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Materiales proporcionados por Laboratorio Cold Spring Harbor . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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