Un trabajo liderado por la UAM aplica métodos de bioinformática para conocer la evolución de los genomas de las bacterias

Madrid (27-29/10/2012) - Redacción

El estudio, publicado en 'Infection Genomics and Evolution', ha sido realizado por las investigadoras María Jesús García y Carmen Menéndez, del Departamento de Medicina Preventiva de la Universidad Autónoma de Madrid

El genoma bacteriano es dinámico, de tal manera que puede sufrir modificaciones que lleven a que una bacteria se separe de la población a la que pertenece e inicie un nuevo camino que puede llevarle a ser tan diferente como para poder establecerse como una nueva especie. ¿Qué cambios genéticos son los que más influyen en este proceso?

En un trabajo publicado en la revista 'Infection Genomics and Evolution' por las investigadoras María Jesús García y Carmen Menéndez, del Departamento de Medicina Preventiva de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), en colaboración con la Corporación CorpoGen, fueron aplicados métodos de bioinformática para conocer cómo pueden evolucionar los genomas de las bacterias.

El estudio se planteó buscar qué cambios deben ocurrir en los genomas de un grupo de bacterias (actinomycetales), para que dos bacterias se separen como especies diferentes.

Para ello los investigadores seleccionaron dos tipos de procedimientos de análisis de genomas completos, que informasen de cosas distintas. El primero de ellos analizó la frecuencia con que una determinada secuencia está en el genoma -lo que se denomina huella genética-, observando que si dos bacterias tienen una huella genética muy parecida, pertenecen a la misma especie. El segundo método midió el orden en el que los genes están colocados a lo largo del genoma, ya que se ha visto que, si dos aislados tienen los genes colocados en el mismo sitio en el genoma, pertenecen a la misma especie.

De este modo, uno de los principales hallazgos del estudio fue determinar que hay bacterias relacionadas con el bacilo causante de la tuberculosis (las que pertenecen al denominado 'complejo tuberculoso') que se consideraban especies diferentes, pero que son todas de la misma especie que el bacilo tuberculoso, al conservar tanto la huella como el orden de genes entre sus genomas. Este resultado puede ser importante en la identificación y diagnóstico de estas bacterias.

La aplicación de ambos métodos indica que la conservación del orden de los genes en los genomas es evolutivamente importante para ser una especie distinta. Ese orden influye más que los cambios en la secuencia de genes conservados para que dos bacterias se separen como especies diferentes.

Según los investigadores, este resultado es importante ya que la mayoría de los procedimientos de estudio de ácidos nucleicos que se emplean para identificar bacterias están basados en la secuencia de genes conservados. Este estudio demuestra que es importante considerar también el orden en que están colocados los genes en el genoma, además de su secuencia.

Clasificación bacteriana

Las actinomycetales forman un grupo de bacterias muy abundantes en la naturaleza. Estas bacterias tienen muchas cosas en común pero también hay muchas otras que las diferencian. La diversidad que aparece entre ellas, es consecuencia de los cambios que se han ido acumulando evolutivamente en sus genomas.

Tanto las características comunes como las que las diferencian se utilizan en su clasificación. Un reto que apareció con los primeros genomas completos de bacterias era encontrar un procedimiento que permitiese utilizar la secuencia completa de los genomas en dicha clasificación, para poder determinar si dos aislados eran o no de la misma especie, mediante comparación de sus genomas.

La comparación de genomas completos aplicada a la clasificación bacteriana no es nueva. Ya desde los años 60, cuando las primeras metodologías moleculares lo permitieron, se comparaban genomas completos por hibridación de los DNAs de dos aislados (formación de moléculas de DNA en las que cada hebra es de un origen: un hibrido). Este procedimiento permitió definir las especies bacterianas como aquellas bacterias que formaban híbridos en más del 70 por ciento del genoma al comparar sus DNAs. El procedimiento fue muy utilizado hasta la aparición de los métodos de secuenciación de ácidos nucleicos.

Con el advenimiento de la secuenciación, la clasificación empezó a basarse en la comparación de secuencias de genes conservados, un procedimiento más sencillo y asequible. Un gen conservado era aquel que sufría poca variación evolutiva con el tiempo, de manera que, si existía dicha variación, era consecuencia de una acumulación de mutaciones y, por tanto, representaba cambios que serían evolutivamente relevantes y determinarían si dos aislados pertenecían o no a la misma especie.

Cuando los datos referentes a este tipo de comparación fueron acumulándose se vio, entre otros en actinomycetales, que la interpretación de los mismos resultaba muchas veces incoherente. Por ejemplo, dos bacterias con secuencias de genes diferentes, resultaban ser de la misma especie, y dos bacterias con secuencias de genes idénticas resultaban ser de distinta especie.

Por esta razón se recomendó no usar solo un gen para hacer la clasificación bacteriana, sino usar, al menos, cinco genes conservados. El procedimiento ha venido funcionando de esta manera, aunque se han acumulado ejemplos que indican que dos bacterias pueden aparecer como la misma especie por la comparación de genes conservados, y sin embargo ser de diferente especie por hibridación de sus DNAs, y viceversa.