Estudio de los mecanismos de diversificación intraespecífica de Salinibacter ruber

Resumen

Salinibacter ruber constituye el primer miembro halófilo extremo del dominio Bacteria cuya relevancia ecológica ha sido demostrada, pudiendo llegar a constituir el 20% de la comunidad procariota. Su descubrimiento se llevó a cabo mediante el empleo de técnicas moleculares aplicadas a estudios de ecología microbiana de las salinas solares (Antón et al., 2000). Hasta fecha se creía que las bacterias no podían crecer en ambientes tan hipersalinos. Posteriormente se consiguió aislar en cultivo puro algunos de estos representantes, lo que permitió la caracterización taxonómica y la clasificación de un nuevo género y especie (Antón et al., 2002). Más tarde, se obtuvieron aislados de S. ruber de muestras de agua de las salinas de Maras en los Andes peruanos, aislados que tras una caracterización sistemática exhaustiva no mostraron prácticamente diferencias ni fenotípicas ni genómicas respecto del resto de aislados obtenidos de otros puntos geográficos (Peña et al., 2005). Sin embargo, la aplicación de una metodología pionera de caracterización metabolómica, permitió observar que, a pesar de ser organismos muy semejantes, las distintas cepas de S. ruber presentan características que se correlacionaban con su origen geográfico (Rosselló-Mora et al., 2008). Las diferencias que marcaban una segregación geográfica se encontraban a nivel de la expresión diferencial de algunos metabolitos, en general componentes de la envuelta celular, por lo que la incipiente especiación apreciada podría deberse a diferencias a nivel transcripcional o post-transcripcional Por otra parte, tanto las características ecológicas como por las particularidades genéticas y fisiológicas de S. ruber han suscitado un importante interés en el conocimiento de sus particularidades genómicas, que se ha visto reflejado en el desarrollo de tres programas de secuenciación de cepas de esta especie. Una primera secuenciación parcial de la cepa tipo de la especie (M31) nos demostró la presencia de genes homólogos a las halorrodopsinas características de Archaea halófilas (Antón et al., 2005), lo que indicaba una posible transferencia horizontal entre dominios de procariotas. Posteriormente se pudo demostrar que M31 poseía además una nueva rodopsina que actúa como bomba de protones utilizando carotenoides como pigmentos antena, proteína exclusiva hasta ahora de Salinibacter y que se denominó xantorrodopsina (Balashov et al., 2005). Todos estos resultados fueron corroborados mediante la publicación del genoma completo de M31 (Mongodin et al., 2005). Años más tarde, la secuenciación del genoma de la cepa M8 de la misma especie permitió llevar a cabo un estudio microevolutivo entre las dos cepas secuenciadas hasta el momento. Fue posible comprobar que se trata de dos organismos muy cercanos, que comparten el mismo ambiente y que se han aislado simultáneamente de las mismas salinas. Sin embargo, a pesar de ser muy semejantes (sus operones ribosómicos, incluyendo las zonas intergénicas, son idénticos), cada una de las cepas contiene un conjunto de genes específicos que no comparte con la otra y que constituyen un 10% del genoma, así como un 20% de genes comunes a ambas cepas y exclusivos de la especie, sin homólogos en las bases de datos. Las diferencias entre los genomas de las cepas M8 y M31 de S. ruber se concentran en zonas concretas del genoma, denominadas islas, por su similitud con las islas de patogenicidad, llamadas también zonas hipervariables. Tales diferencias no resultan neutras desde el punto de vista ecológico ya que, en determinadas condiciones muestran distinta tasa de crecimiento, por lo que podría producirse el desplazamiento de una en presencia de la otra (Peña et al., 2010). Además ambas cepas muestran diferente respuesta frente a estrés por radiación, susceptibilidad a fagos o desecación. Por último, una caracterización metabolómica de las dos cepas ha revelado que existen diferencias entre los componentes de sus paredes celulares y lo metabolitos que ambas secretan al medio. Estas diferencias se pueden asignar a diferencias genómicas encontradas en las zonas hipervariables, relacionadas con componentes de pared celular, lo cual podría afectar a la respuesta frente a infección por fagos y por tanto a la diversificación y evolución de la especie. - Motivación de la tesis. Este trabajo presenta el análisis transcriptómico y genómico comparativo de la bacteria halófila extrema Salinibacter ruber. El principal objetivo planteado en esta tesis es profundizar en la descripción de la microdiversidad genómica y funcional de esta especie y en los mecanismos evolutivos que la dirigen, explorando en este último caso el alcance de las estrategias evolutivas de los genomas core en especies de la misma comunidad y finalmente en especies procariotas con diversas estrategias de vida. - Conclusión. Pequeñas diferencias genómicas entre las cepas M8y M31 de S. ruber afectan notablemente a los transcriptomas individuales de cada una de ellas y a su respuesta en presencia de la otra en cultivo mixto. Las cepas M8 y M31 de S. ruber expresaron el 98% de sus genes en cultivo puro. La mayoría de diferencias entre transcriptomas en estas condiciones se dieron a nivel de genes relacionados con respuestas a estímulos ambientales (transportadores de membrana, sistemas de dos componentes y proteínas flagelares). La suma de los transcriptomas individuales de las cepas M8 y M31 de S. ruber no equivale al resultante en cultivo mixto, lo que demuestra que en presencia de cepas muy cercanas con las que cohexisten en la naturaleza éstas responden modificando sus actividades celulares. La respuesta derivada de la interacción de M8 y M31 fue específica de cepa. El genoma core mostró más cambios que el accesorio y la respuesta de cada cepa fue específica al compartir sólo un 25% de los que presentaron expresión diferencial entre cultivo puro y mixto. En M31 el incremento de expresión se dio en genes relacionados con el crecimiento exponencial y en M8 con respuesta a condiciones de estrés. Cambios de expresión en barteriocinas y genes implicados en la síntesis de moléculas señales, llevan a pensar que estas moléculas podrían actuar como mediadores en la interacción intraespecífica de cepas de S. ruber. El análisis de los genomas de 8 cepas de S. ruber indica que genoma core estaría constituido por 2434 genes, representando en promedio un 73,5% de los genes de las cepas estudiadas. Los genomas de las cepas de aislados de S. ruber presentan características genómicas comunes, detectándose una elevada sintenia.