El número de microbios en, sobre y alrededor del planeta, del orden de un no millón, o 10 ^ 30 - se estima que supera en número a las estrellas en la Vía Láctea. Se sabe que los microbios juegan un papel crucial en la regulación de la fijación de carbono, así como en el mantenimiento de ciclos globales que involucran nitrógeno, azufre y fósforo y otros nutrientes, pero la mayoría de ellos permaneceninculturado y desconocido. El Departamento de Energía de EE. UU. DOE, por sus siglas en inglés está apuntando a esta "materia oscura microbiana" para comprender mejor la diversidad microbiana del planeta y extraer de las lecciones de la naturaleza que pueden aplicarse a los desafíos energéticos y ambientales.
La diversidad microbiana de la Fontanería de la Tierra, sin embargo, requiere aprender más sobre las relaciones poco estudiadas entre los microbios y los virus que los infectan, virus que afectan la capacidad de los microbios para regular los ciclos globales. Aunque se estima que la cantidad de virus es al menosdos órdenes de magnitud más que las células microbianas en el planeta, actualmente hay menos de 2,200 genomas de virus de ADN secuenciados, en comparación con los aproximadamente 50,000 genomas bacterianos, en bases de datos de secuencias. En un estudio publicado en línea el 17 de agosto de 2016 en Naturaleza , investigadores del Instituto del Genoma Conjunto del Departamento de Energía de EE. UU. DOE JGI, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE, utilizaron la mayor colección de conjuntos de datos metagenómicos ensamblados de todo el mundo para descubrir más de 125,000 genomas virales parciales y completos, la mayoríade ellos infectan microbios. Este esfuerzo único aumenta el número de genes virales conocidos en un factor de 16, y proporciona a los investigadores un recurso único de información de secuencia viral.
"Es la primera vez que alguien ha examinado sistemáticamente todos los hábitats y un compendio de datos tan grande", dijo el autor principal del estudio y jefe del DOE JGI Prokaryote Super Program Nikos Kyrpides. "Una clave para descubrir todos estos virus nuevos fueel enfoque computacional sensible que hemos desarrollado a lo largo de este trabajo "
"Una clave para descubrir nuevos virus"
Ese enfoque, explicó el primer autor y compañero postdoctoral David Paez-Espino, implicaba el uso de un enfoque metagenómico no dirigido, haciendo referencia tanto a virus aislados como a modelos de proteínas virales curados manualmente, y lo que describió como "el conjunto de datos más grande y diverso hasta la fecha"El equipo analizó más de 5 billones de bases Terabases o Tb de secuencia disponibles en el sistema de Genomas Microbianos Integrados con Muestras de Microbioma IMG / M del DOE JGI recolectado de 3,042 muestras en todo el mundo de 10 tipos de hábitat diferentes. Sus esfuerzos para tamizara través del verdadero montón de conjuntos de datos produjeron más de 125,000 secuencias virales que contienen 2,79 millones de proteínas.
El equipo comparó secuencias virales con muestras múltiples en hábitats múltiples. Por ejemplo, un grupo viral que identificaron se encontró en el 95 por ciento de todas las muestras en la zona crepuscular del océano, una región ubicada entre 200 y 1,000 metros debajo de la superficie del océano dondela luz solar insuficiente penetra para que los microorganismos realicen la fotosíntesis.
Al analizar un sistema CRISPR-Cas, un mecanismo inmune en bacterias que confiere resistencia a elementos genéticos extraños al incorporar secuencias cortas de virus y fagos infecciosos, el equipo pudo generar una base de datos de 3.5 millones de secuencias espaciadoras en IMG.Estos espaciadores, fragmentos de secuencias genéticas de fagos retenidos por el huésped, se pueden usar para explorar metagenomas virales y de fagos de dónde pueden haber venido originalmente los fragmentos. Además, utilizando principalmente este enfoque, el equipo identificó computacionalmente al huésped para cerca de 10,000 virus"La mayoría de estas conexiones eran previamente desconocidas e incluyen la identificación de organismos que sirven como hospedadores virales de 16 phyla procariotas para los cuales no se han identificado virus", informaron.
Balizas para proteínas CRISPR-Cas
Jan-Fang Cheng, jefe del grupo de Genómica Funcional del DOE JGI, dijo que el trabajo realizado por el grupo de Kyrpides para identificar nuevas secuencias virales ayudará al grupo de Biología Sintética a desarrollar nuevos promotores que pueden funcionar en muchos huéspedes bacterianos ". Somosconstantemente buscando partes reguladoras de ADN que funcionen en muchos filos diferentes, y que nos permitan construir genes y vías que puedan expresarse en muchos hosts diferentes ".
Cheng también anticipó que el espacio expandido de secuencia viral generado por el equipo de Kyrpides permitirá a los investigadores buscar otras secuencias genéticas conocidas como motivos adyacentes protoespaciadores PAM. Estas secuencias se encuentran junto a los secuenciadores espaciadores en fagos y se usan como balizaspor las proteínas CRISPR-Cas, que desencadenan acciones como la edición o la regulación de un gen ". Las personas están buscando nuevas secuencias PAM y nuevos Cas9s, y con esta nueva información, si pueden asignar la secuencia espaciadora al mismo fago y alinearlos yvea qué hay en común en las secuencias vecinas, entonces podría identificar nuevas secuencias PAM "
"Creemos que el hallazgo de muchos fagos grandes, incluido el genoma de fago más largo reportado hasta el momento, apunta a las limitaciones del enriquecimiento de viromas y las estrategias de secuenciación convencionales que pueden sesgar los estudios contra los virus altamente novedosos con propiedades inusuales", dijo Natalia Ivanova,líder del grupo en el Súper Programa y coautor de este estudio.
"Uno de los aspectos más importantes de este estudio es que no nos enfocamos en un solo tipo de hábitat. En cambio, exploramos el viroma global y examinamos el flujo de virus en todos los ecosistemas", dijo Kyrpides. "Hemos aumentado elnúmero de secuencias virales en 50x, y el 99 por ciento de las familias de virus identificadas no están estrechamente relacionadas con ningún virus previamente secuenciado. Esto proporciona una enorme cantidad de datos nuevos que se estudiarían con más detalle en los próximos años. Tenemos más deduplicó el número de filamentos microbianos que sirven como anfitriones de virus y han creado el primer mapa de distribución viral global. La cantidad de análisis y descubrimientos que anticipamos que seguirán a este conjunto de datos no puede ser exagerada ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Instituto Conjunto del Genoma . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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