Al analizar secuencias genómicas de más de 400 cepas de la bacteria que causa el ántrax, los investigadores han proporcionado la primera evidencia de que la gravedad, técnicamente conocida como virulencia, de cepas específicas puede estar relacionada con la cantidad de copias de ciertos plásmidos queLos plásmidos son estructuras genéticas de la célula que pueden reproducirse independientemente y son responsables de producir la toxina del ántrax y otros factores de virulencia.
La investigación encontró que las cepas de bacterias recolectadas de humanos y animales tendían a tener más copias de los plásmidos de virulencia que las recolectadas de fuentes ambientales. La investigación, una colaboración entre científicos del Instituto de Tecnología de Georgia y los Centros para el Control y la Prevención de EnfermedadesCDC, colección de CDC utilizada de Bacillus anthracis cepas reunidas de todo el mundo a partir de la década de 1950.
"Existe la hipótesis de que el número de copias, número de copias de los plásmidos, juega un papel en la virulencia de cada cepa", dijo Kostas Konstantinidis, profesor de la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental del Instituto de Georgiade Tecnología ". Queremos entender cuáles son las cepas más virulentas, cuáles son menos virulentas y qué explica la diferencia. Este estudio proporciona la primera evidencia de que hay una diferencia significativa en el número de copias de plásmidos que pueden estar relacionadas con la virulencia. Perose necesita más investigación para probar esta hipótesis emergente ".
La investigación, que fue patrocinada por los CDC y la National Science Foundation, se informó el 14 de agosto en la revista mSystems , una revista de acceso abierto de la Sociedad Estadounidense de Microbiología. El estudio incluyó más de 600 gigabytes de datos, que se compartirán con otros investigadores que trabajan para comprender el ántrax.
adentro B. anthracis , dos plásmidos, conocidos como pXO1 y pXO2, son piezas de ADN autónomas e independientes que codifican la toxina y otros factores de virulencia. En las bacterias, los plásmidos como estos tienden a moverse independientemente de los cromosomas principales de los organismos, y puedenSaltar de una cepa a otra a través de mecanismos genéticos de transferencia de ADN. La resistencia bacteriana a los antibióticos también se puede transferir a través del movimiento de plásmidos, por ejemplo. Curiosamente, este estudio encontró que los plásmidos de ántrax muestran un intercambio genético limitado entre las cepas, sino que se heredan deel ancestro, similar a los cromosomas.
"Este trabajo y análisis adicionales realizados en Georgia Tech y CDC en estos genomas de cepas de B. anthracis de todo el mundo ayuda a definir aún más la diversidad global de esta amenaza para la salud ", dijo Alex Hoffmaster, jefe de Zoonotic Select Agent Lab de los CDC y coautor del artículo." Comprender más sobre las cepas y su distribución puede ayudarnosdeterminar más fácilmente si los casos de ántrax fueron causados por fuentes naturales o artificiales para que podamos responder según sea necesario para proteger la salud del público ".
La investigación también podría proporcionar información sobre otros organismos, dijo Konstantinidis. "Más allá B. anthracis , este trabajo podría ayudar a proporcionar una mejor comprensión del potencial de virulencia de otros organismos que transportan plásmidos similares. Ser capaz de distinguir entre cepas más virulentas y menos virulentas es un desafío más amplio para la microbiología ".
El estudio comenzó con investigadores de la División de Patógenos y Patología de Alta Consecuencia de los CDC, que utilizaron técnicas de próxima generación para secuenciar diversas cepas de B. anthracis . La agencia proporcionó sus datos al laboratorio Konstantinidis en Georgia Tech, donde Angela Pena-Gonzalez, Asistente de Investigación de Posgrado, dirigió el análisis bioinformático de los datos.
explicó: "Pudimos usar los datos de secuenciación para calcular la correlación del número de copias con la fuente de cada cepa", explicó. "Utilizamos toda la longitud del plásmido para calcular el número de copias, y nuestros resultados se basaronen el análisis de cientos de cepas obtenidas de varias fuentes humanos, animales y el medio ambiente y no solo un par de ellas. Esta fue una ventaja de nuestro estudio ".
Las técnicas analíticas desarrolladas en Georgia Tech permitieron realizar las comparaciones genómicas completas en los más de 400 genomas, un desafío sustancial de la ciencia de datos. La investigación reveló que B. anthracis los genomas llevaban, en promedio, 3.86 y 2.29 copias de los plásmidos pXO1 y pXO2 respectivamente, y que había una correlación lineal positiva entre los números de copias de los dos plásmidos.
"La tecnología para hacer esta secuenciación completa del genoma está disponible, pero el procesamiento de los datos y la interpretación aún no es muy sencilla", dijo Konstantinidis. "La magnitud misma de los datos requiere un proceso específico y una experiencia considerable. La formaen el que analizamos esta información ni siquiera estaba disponible hace dos años cuando comenzamos el estudio "
Más allá de la posible correlación del número de copias de virulencia, el estudio también mostró que el genoma de las cepas era sorprendentemente consistente. "El trabajo muestra que estos plásmidos son relativamente estables, aunque encontramos algunas cepas que tenían diferentes variedades de plásmidos queparece haber atenuado la virulencia ", dijo.
Un siguiente paso sería investigar más a fondo la posible correlación entre el número de copias y la virulencia en estudios con animales.
Konstantinidis espera continuar colaborando con los CDC para comprender mejor la virulencia y otros factores en el ántrax y otros organismos que tienen implicaciones para la salud pública.
"Los CDC tienen recursos únicos como esta colección de cepas de ántrax, y esperamos continuar esta colaboración para comprender mejor lo que está sucediendo con este y otros patógenos", dijo. "Hay muchas aplicaciones para la salud pública ypara mejorar nuestra comprensión de la biología básica detrás de estos organismos "
Además de los ya mencionados, el trabajo incluyó a Luis M. Rodriguez-R de la Escuela Tecnológica de Ingeniería Civil y Ambiental de Georgia Tech; y Chung K. Marston, Jay E. Gee, Christopher A. Gulvik, Cari B. Kolton,Elke Saile y Michael Frace de los CDC.
Este trabajo fue apoyado por el número 1356288 de la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos NSF y el número RF023 del DHHS / PHS / CDC, y por Colciencias - Departamento Administrativo Colombiano de Ciencia, Tecnología. Los hallazgos y conclusiones en este trabajo son aquellosde los autores y no representan necesariamente las posiciones oficiales de la NSF o los CDC.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por John Toon. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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