Análisis genómico y funcional del infectoma de una cepa multirresistente de acinetobacter baumannii, aislada de un hospital de Bogotá-Colombia

Abstract

La especie de Acinetobacter baumannii se ha convertido en un patógeno oportunista difícil de tratar a nivel clínico, debido a la resistencia que ha adquirido a varios tipos de antibióticos y a la presencia de factores de virulencia que le permiten causar infecciones nosocomiales, especialmente en pacientes que se encuentran en unidades de cuidados intensivos. Esta investigación se centró en la identificación de genes codificantes de factores asociados a la virulencia, en el genoma de la cepa A. baumannii 107m multirresistente, aislada de un hospital de Bogotá, que se encuentra conservada en el cepario del Instituto de Biotecnología (IBUN) de la Universidad Nacional de Colombia y en el estudio de proteínas de membrana externa, asociadas con los factores de virulencia de esta bacteria. Para cumplir con estos objetivos, se realizó el aislamiento del ADN, secuenciación de alto rendimiento por Illumina (HiSeq 2000) finales pareados y pirosecuenciación 454 mate pair; ensamblaje del genoma con la herramienta BWA 0.6.1 y de Novo como Velvet 1.2.07 y Newbler 2.7 (©Roche Diagnostics Corporation). La anotación del genoma se realizó utilizando NCBI´s Prokaryotic Genome Anotation Pipeline (PGAAP) y la verificación manual en el Centro de Bioinformática del IBUN. Con el propósito de evidenciar la expresión de algunos genes, asociados a virulencia, presentes en membrana externa, se procedió al aislamiento de las proteínas de membrana y su análisis por electroforesis bidimensional. Se seleccionaron algunos “spots” que presentaban expresión diferencial comparada con A. baumannii ATCC 19606, los cuales fueron identificados por espectrometría de masas (MALDI TOF-TOF). Los resultados obtenidos del estudio genómico llevaron a la identificación de 113 genes, dentro de los cuales se destacan grupos de genes que codifican para proteínas que contribuyen en la adhesión (csu, pap y pil); a la biosíntesis de sideróforos (bas, bau, bar) y a la invasión (Omp38, plc). Los resultados proteómicos permitieron la identificación de proteínas de membrana externa asociadas a la virulencia, dentro de las que se destacan receptores de hierro (TonB); una proteína asociada a apoptosis celular (Omp38) y proteínas (OmpW) implicadas en la defensa de la bacteria. Los resultados genómicos y proteómicos llevan a concluir que la cepa A. baumannii 107m multirresistente contiene algunos genes que hacen que se considere una bacteria virulenta. Sin embargo, se requieren más estudios experimentales que comprueben la patogenicidad de esta bacteria.

Abstract. Acinetobacter baumannii has become an opportunistic pathogen difficult for clinical treatment, because it has acquired resistance to diverse antibiotic groups. The presence of virulence factors in this microorganism has contributed to the rise of nosocomial infections, especially affecting patients in intensive care units. This research was focused on two aspects: first, in the identification of genes encoding factors associated with virulence in the genome of the multidrug-resistant strain A. baumannii 107m isolated from a hospital in Bogota, which is preserved in the culture collection of the Biotechnology Institute (IBUN) of the Nacional University of Colombia. Second aspect was the study of outer membrane proteins associated with virulence of this bacteria. To accomplish both objectives, we performed DNA isolation, high-throughput sequencing by Illumina (HiSeq2000) and 454 mate pair; genome assembly with mapping tools such as BWA 0.6.1 and de novo assembly with Velvet 1.2.07, and Newbler 2.7 (©Roche Diagnostics Corporation). Annotation was performed using NCBI Prokaryotic Genome Automatic Anotation Pipeline (PGAAP) and manual verification was done at Bioinformatics Center of IBUN. In order to assess the expression of some genes coding for outer membrane proteins that might be involved in virulence, we proceeded to the isolation of membrane proteins and their analysis by two-dimensional electrophoresis. We selected some spots with differential expression compared to that of A. baumannii ATCC 19606, which were identified by mass spectrometry (MALDI TOF-TOF). The genomic study results led to the identification of 113 genes, that encode proteins involved in adherence (csu, pap and pil) biosynthesis of siderophores (bas, bau, bar) and invasion (Omp38, plc). Proteomic results allowed the identification of outer membrane proteins associated with iron receptors (TonB), a protein associated with cell apoptosis (Omp38) and proteins involved in defense (OmpW). Relations between genomic and proteomic results derived from this study, suggest that the multidrug-resistant A. baumannii 107m has genes involved in virulence. However, more experimental studies are required to verify the A. baumannii 107m pathogenicity.