El juego de identidad y variabilidad del genoma

El incremento y disponibilidad de la secuencia completa del genoma de una gran variedad de organismos incluidos procariotas y eucariotas, ha permitido establecer comparaciones entre ellos por ej. interrelaciones evolutivas (filogenia). La llamada genómica comparativa nos está mostrando una visión nueva y distinta en cuanto a la estabilidad del genoma y su variabilidad, en cuanto a la dinámica de ganancia o perdida de material genético (información genética), lo cual ha tenido un gran impacto en conceptos tales como la definición de lo que es una especie bacteriana y el genoma que define a dicha especie.

Los estudios pioneros de Tettelin y col. (2005)1, en la especie bacteriana Streptococcus agalactiae serotipo B (Streptococcus GBS), causante de infecciones neonatal en humanos, demostraron que la secuencia de un único genoma para un organismo no refleja en su totalidad la relación entre su variabilidad genética y su patogenicidad. La secuenciación y posterior comparación del genoma de ocho cepas distintas obtenidas de Streptococcus GBS, demostró que estos genomas no presentaban entre sí una completa identidad de la información genética descrita en esta especie, algunas cepas mostraron expansión del genoma (ganancia de información genética) mientras que en otras había menos información; estos resultados sugieren que un único genoma no es suficiente para definir esta especie bacteriana. Estos autores introdujeron el concepto de Pan-genoma para describir el repertorio genético global de una especie bacteriana, el cual estaría conformado por un genoma básico (Core) que contiene la información genética básica, presente en todas las cepas de una especie, y un genoma suplementario (“prescindible”) que contiene información genética variable q no necesariamente es la misma en todas las cepas. la información genética presente en una o más cepas. El Pan-genoma de una especie bacteriana puede crecer dependiendo del número de cepas a las que se determine su genoma, definiendo lo que se llama Pan-genoma abierto ej.  Streptococcus GBS y Escherichia coli 2; de igual manera, puede ser restringido, Pan-genoma cerrado, donde el genoma de un número reducido de cepas es suficiente para definir la especie ej. Bacillus anthracis1.

De acuerdo a la definición de Pan-genoma, existe una relación directa con la diversidad de un organismo; sin embargo, mucho de los criterios utilizados para definir una especie no necesariamente son apropiados y muchos de ellos pueden no tener soporte en su información genética3.

Recientemente, se ha iniciado la evaluación del genoma humano a fin de establecer diferencias individuales y definir el potencial Pan-genoma humano4; en el estudio se han identificado secuencias nuevas de DNA cuya presencia parece tener una frecuencia diferencial en la población.

Uno de los mecanismos relevantes relacionados con la dinámica del genoma y variabilidad genética de un organismo, lo constituye el mecanismo de transferencia horizontal de información genética (HGT: horizontal gene transfer), el cual ha sido descrito tanto en procariotes como eucariotes. Dicho mecanismo lleva a la adquisición de nuevo material genético mediado por elementos genéticos móviles como virus, plásmidos, transposones, etc.; estos elementos son portadores de información genética nueva, en muchos casos asociada por ejemplo a la patogenicidad de un organismo, y promiscuos, por lo que pueden transferir esta información entre diferentes especies u organismos de diferente género. La adquisición y posterior fijación de esta información genética en el genoma de un organismo, contribuirían al Pan-genoma de la especie.

Es ampliamente conocida la extrema variabilidad de parásitos patógenos de humanos y animales de importancia económica, como Plasmodium sp. (malaria), Trypanosoma sp. (enfermedad de chagas, enfermedad del sueño, derrengadera) entre otros, y los problemas que se generan en el control las enfermedades que ellos producen; si bien es cierto que algunos éxitos han sido posible en el control de estas enfermedades, no hay vacunas disponibles para las mismas y recién se comienzan a establecer nuevas drogas para el tratamiento quimioterapéutico en algunas de ellas. Esto nos lleva a plantearnos alternativas innovadoras que incluye un cambio en la visión que se tiene para explicar y abordar la extrema variabilidad de estos parásitos. Tomando en cuenta el significado del concepto de Pan-genoma, el mecanismo HGT y las implicaciones sobre la variabilidad genética en una población de organismos, resulta atractivo, además de un reto, evaluar la dinámica del genoma de estos parásitos y la potencial existencia de un Pan-genoma. En nematodos se ha descrito la adquisición de información genética relacionada con el parasitismo de estos organismos, y se sugiere que ello ha ocurrido probablemente a través de HGT. En varios de los parásitos mencionados se han descrito la presencia de elementos relacionados con el mecanismo HGT, por ej. elementos extracromosómicos, elementos móviles y virus; la pregunta a responder sería ¿existe el mecanismo HGT en los parásitos mencionados?.

Referencias:

1. Tetellin et al. (2005). Proc Natl Acad Sci USA 102:13950-13955
2. Rasko et al. (2008). J Bacteriol 190:6881-6893
3. Bently B. (2009). Nat Rev Microbiol 7:258-259
4. Ruiqiang et al. (2010). Nat Biothecnol 28:57-63

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Archivo adjunto:
Bentley 2009 pan-genome.pdf