Estudio de genómica comparativa para la identificación de biomarcadores con actividad probiótica en el género bacteriano Lactobacillus spp

Abstract

La genómica comparativa permite identificar elementos genéticos comunes y específicos de cepas de microorganismos. En el caso del género Lactobacillus spp, posibilita la identificación de rasgos asociados a actividad probiótica, a través de marcadores que brinden información de seguridad para el hospedero, respuesta al estrés, capacidad de adhesión y actividad antimicrobiana e inmunomodulatoria. Con el objetivo de identificar biomarcadores de actividad probiótica, se descargaron genomas completos de Lactobacillus spp de la base de datos Centro Nacional de Información Biotecnológica (NCBI, por sus siglas en inglés). Se realizó una predicción génica y anotación funcional para posteriormente agrupar proteínas ortólogas. Teniendo en cuenta el core-genoma, se seleccionaron 20 biomarcadores y se diseñaron sus respectivos primers. Para las amplificaciones de los biomarcadores, se extrajo ADN de cepas probióticas y patógenas, se realizaron PCRs individuales para cada gen y los amplicones obtenidos se confirmaron por medio de electroforesis y secuenciación. Como resultado, se descargaron 180 genomas de Lactobacillus spp pertenecientes a 29 especies diferentes, encontrando 34 cepas descritas como probióticas basados en la revisión bibliográfica. El promedio de CDS fue 2001, donde el 37,3% codifican para proteínas hipotéticas. En la anotación funcional, se obtuvo en promedio 913 COGs y 618 códigos de EC por genoma. Entre las cepas probióticas se obtuvo un pan-genoma y un core-genoma conformado por 4823 y 671 clústers de proteínas, respectivamente. Se lograron amplificar 8 biomarcadores asociados a metabolismo de carbohidratos, resistencia al estrés, interacción con células hospedero, metabolismo de aminoácidos. (Texto tomado de la fuente)

Comparative genomics makes possible to identify common and specific genetic elements of strains of microorganisms. In the case of the genus Lactobacillus spp, it enables the identification of traits associated with probiotic activity, through markers that provide safety information for the host, response to stress, adhesion capacity and antimicrobial and immunomodulatory activity. In order to identify biomarkers of probiotic activity, complete genomes of Lactobacillus spp were downloaded from the NCBI database. Gene prediction and functional annotation were performed to subsequently group orthologous proteins. Taking into account the core-genome, 20 biomarkers were selected and their respective primers were designed. For the amplifications of the biomarkers, DNA was extracted from probiotic and pathogenic strains, individual PCRs were performed for each gene and the amplicons obtained were confirmed by electrophoresis and sequencing. As a result, 180 Lactobacillus spp genomes belonging to 29 different species were downloaded and 34 strains were described as probiotic based on the literature review. The average CDS was 2001, where 37.3% encoded hypothetical proteins. In the functional annotation, an average of 913 COGs and 618 EC codes were obtained per genome. Among the probiotic strains, a pan-genome and a core-genome were obtained consisting of 4823 and 671 protein clusters, respectively. It was possible to amplify 8 biomarkers associated with carbohydrate metabolism, stress resistance, interaction with host cells, and amino acid metabolism.