Análisis pangenómico del género campylobacter y su aplicación en la determinación de marcadores moleculares para la detección de c. fetus

RESUMEN El género Campylobacter está conformado por 33 especies de bacterias Gram-negativas genéticamente heterogéneas que han sido aisladas a partir de una gran diversidad de ambientes y un amplio rango de organismos. Algunas especies de Campylobacter coexisten en sus hospederos como bacterias comensales, mientras que otras son oportunistas o patógenas que provocan muy diversas patologías y sintomatología. De manera preocupante, las opciones terapéuticas para contrarrestar a bacterias patógenas de Campylobacter, son cada vez más limitadas por la alta frecuencia con la que se aíslan cepas resistentes a varios antibióticos. Entre las especies de Campylobacter, C. fetus es relevante por el impacto que tiene en la salud humana y veterinaria. En los seres humanos, C. fetus es el agente etiológico de bacteriemias y sepsis (principalmente en pacientes inmunocomprometidos); en bovinos y ovinos provoca abortos e infertilidad, generando pérdidas económicas en la producción pecuaria. Contar con un diagnóstico molecular eficaz, rápido y de bajo costo para este patógeno es clave para su prevención o tratamiento adecuado. En el presente trabajo, utilizando herramientas bioinformáticas, se realizó un análisis pangenómico para estudiar la diversidad genética del género Campylobacter. El análisis de genómica comparativa de 237 genomas cerrados procedentes de 21 especies de Campylobacter, reveló un pangenoma de 12,325 genes, con un genoma central o core de 261 genes, un genoma accesorio de 4,088 genes y un genoma único de 7,976 genes. El genoma central del género Campylobacter incluye principalmente genes necesarios para el crecimiento y reproducción de las bacterias, pero también se encontraron genes involucrados en la interacción con el hospedero, así como determinantes genéticos asociados con la resistencia a antibióticos. La filogenia de máxima parsimonia construida con los datos de presencia/ausencia de los genes, agrupó a las 21 especies en 6 grupos filogenéticos definidos. Adicionalmente, los resultados de genómica comparativa mostraron que C. fetus está entre las tres especies de todas las analizadas que contiene el mayor número de genes únicos (454), de los cuales 249 tienen función desconocida. Al realizar diversos análisis in silico usando genomas públicamente disponibles, se corroboró la especificidad para 3 de las secuencias de nucleótidos únicas de C. fetus, es decir, dichas secuencias se localizaron exclusivamente en genomas de esta especie. Por lo anterior, estas 3 secuencias tienen el potencial de usarse como marcadores moleculares específicos para la detección de C. fetus.

ABSTRACT The genus Campylobacter groups 33 Gram-negative bacteria species, which are genetically heterogeneous and have been isolated from a great diversity of environments and a wide range of hosts. Some Campylobacter species are commensal bacteria, while others are opportunistic or pathogenic, causing different pathologies and symptoms. Due to the high frequency with which antibiotic resistant Campylobacter strains are isolated, the effective use of antibiotics is compromised, restricting the therapeutic options to treat the illness produced by pathogenic Campylobacter. Within Campylobacter species, C. fetus have a relevant impact on human and veterinary health. In humans, C. fetus is the etiologic agent of bacteremia and sepsis (mainly in immunocompromised patients); in cattle and sheeps it triggers abortions and infertility, causing economic losses in livestock production. Having an effective, rapid and low-cost molecular diagnosis for this pathogen is the key to its prevention or proper treatment. In the present work, using bioinformatics tools, a pangenomic analysis was performed to investigate the genetic diversity of the genus Campylobacter. Comparative genomic analysis of 237 closed genomes from 21 Campylobacter species revealed a pangenome of 12,325 genes, with a core genome of 261 genes, an accessory genome of 4,088 genes, and a unique genome of 7,976 genes. The core genome mainly includes genes necessary for the growth and reproduction of bacteria, but genes involved in the interaction with the host were also found, as well as genetic determinants associated with resistance to antibiotics. The maximum parsimony phylogeny constructed with the presence/absence data of the genes, grouped the 21 species into 6 defined phylogenetic groups. Additionally, the comparative genomics results showed that C. fetus is in the top three of all analyzed species that contains the highest number of unique genes (454), of which 249 have unknown function. In silico analyses using publicly available genomes were conducted to corroborate that 3 unique nucleotide sequences of C. fetus are located exclusively on genomes of this species. Therefore, these 3 sequences have the potential to be used as specific molecular markers for the detection of C. fetus.