Objetivo: secuenciar miles de
cepas tipo
La Tierra es un
planeta microbiano. Los microorganismos sostienen la vida en la Tierra.
Nada seria igual si no fuera por los microbios. De alguna forma podemos decir
que los microbios dominan la Tierra, mantienen los ciclos biogeoquímicos y el
resto de la vida en el planeta. Sin ellos, la vida no sería como la conocemos.
Ellos tiene los secretos del origen de la vida, están aquí desde hace unos
3.500 millones de años, nos han precedido y nos sobrevivirán. Pero además son
esenciales para nuestro futuro, gracias a ellos y a sus genes podremos
encontrar la solución a muchos de nuestros problemas y enfermedades.
A pesar de su importancia, todavía sabemos muy poco del
mundo microbiano. En el proyecto Tree of Life, los microbios sólo
representan una pequeña proporción, la mayoría de las ramas del árbol de la
vida se ocupan de los seres vivos que han aparecido en el planeta los últimos
550 millones de años, pero la evolución biológica comenzó hace 3.500 millones
de años con los microbios. Por eso, la inmensa mayoría de las ramas del este
árbol son microbios. Lo apasionante es que la
mayoría de este mundo microbiano todavía nos es desconocido.
Desde que comenzaron los proyectos de secuenciación de
genomas microbianos, y hasta 2009, la mayoría de estos proyectos se elegían por
razones prácticas: se secuenciaban los genomas de aquellos microbios que tenía
interés médico (porque eran patógenos o potenciales probióticos) y biotecnológico/industrial.
Los primeros proyectos de secuenciación se olvidaron de la mayoría de la
diversidad microbiana del planeta. Por eso, ya es hora de que comience un proyecto sistemático y coordinado de
secuenciación del mundo microbiano. Y esto es lo que proponen un números
grupo de investigadores (1): coordinarse para secuenciar el genoma de cada uno de los representantes o cepas tipo de
cada especia de Bacteria y Archaea, cuyos nombres están
validados por el Código Internacional de Nomenclatura Bacteriana (International Code of Nomenclature of
Bacteria), aproximadamente unas 11.000 especies.
Actualmente existen unas 11.000
especies de bacterias y arqueas cuyos nombres están oficialmente validados.
¿Qué es una cepa tipo?
La cepa tipo no es el representante arquetipo de una especie, como algunos mal
interpretan. Una cepa tipo es el aislamiento
original de una bacteria o arquea depositado en una colección de cultivo oficial, obtenido en cultivo puro. La cepa tipo juega
un papel esencial en la definición filogenética y taxonómica de bacterias y
arqueas, y permite asignar relaciones evolutivas e identificar nuevas especies.
Para definir una nueva especie microbiana es obligatorio su depósito en una
colección de cultivo oficial, que permita verificar los resultados y ampliar su
estudio conforme la tecnología avanza, empleando el mismo material biológico original. En
España la Colección Española de Cultivo
Tipo(CECT) se encuentra en la Universidad de Valencia.
Es necesario conseguir un
catálogo genómico de todas las bacterias y arqueas cultivables.
Actualmente, existen unos 25.000 proyectos de secuenciación
de genomas de bacterias y arqueas, de los que solo 3.285 corresponden a cepas
tipo. Esto supone que el 70% de las cepas tipo no está siendo secuenciado. Hay
que tener en cuenta que cada año se validan unas 650 especies nuevas de
bacterias y arqueas. Por lo tanto, la primera fase de este proyecto (GEBA-type strain) supone la secuenciación
de las 7.830 cepas tipo que siguen sin secuenciar. Además, las cepas que se
vayan incorporando cada año, también entrarían en el proyecto. La ventaja es
que dentro de muy poco va a ser más fácil secuenciar todo el genoma de una
bacteria que hacer toda la caracterización fenotípica clásica que requiere la
descripción de una nueva especie bacteriana.
Árbol filogenético de Bacteria. Fuente: Nature 462,1056-1060.
Se suele afirmar que los microorganismos cultivables en el
laboratorio representan sólo menos del 1% de todas las bacterias y arqueas del
planeta. En realidad, todos los
proyectos de secuenciación actuales sólo representan menos del 2,8 % de toda la
diversidad microbiana conocida.
Hoy en día ningún grupo de investigación, ninguna colección
de cultivo, ni ninguna agencia de financiación por si sola podría llevar a cabo
este proyecto de secuenciación de todas las cepas tipo. Se quiere, por tanto, la
colaboración internacional. El reto es crear una colaboración global capaz de
seleccionar los proyectos más importantes, eliminar las repeticiones y
establecer unos estándares internacionales, que validen los sistemas de secuenciación,
ensamblaje, anotación y recolección de meta datos. Con muy pocas excepciones,
esos estándares comunes no existen. Sin esto, la investigación del mundo
microbiano va a ser como navegar sin mapa o sin GPS que ayuden a fijar el
rumbo.
En muchos casos, más de un tercio de los genes que tiene una
bacteria o arquea son de función desconocida. El descubrimiento de nuevos
genes, nuevas funciones y nuevas rutas metabólicas no solo mejorará nuestro conocimiento
de la evolución microbiana sino que, sobre todo, abrirá nuevas oportunidades
para la biomedicina, la salud, la biotecnología y la industria.
Los microbios todavía nos pueden sorprender
y guardar muchos secretos que nos pueden ser muy útiles.
Proyectos de colaboración de secuenciación de genomas
microbianos:
Genomic Encyclopedia of Bacteria and Archaea(GEBA), que ha
secuenciado unos 250 genomas en un programa piloto.
CyanoGEBA, sobre la secuenciación de 54 genomas de
cyanobacterias.
GEBA-Microbial Dark Matter(GEBA-MDM), sobre la secuenciación
de bacterias y arqueas no cultivables (la materia oscura del mundo microbiano),
con 201 candidatos.
La materia oscura del universo microbiano
El proyecto de secuenciación del microbioma humano, los
microbios de nuestro cuerpo, con los proyectos HMP (Human Microbiome Project)
y el consorcio IHMC (International Human Microbiome Consortium), con más de 3.000 aislamientos.
Microbioma: el primer“mapa” de nuestras bacterias, el segundo genoma humano
El proyecto de secuenciar mil genomas microbianos en tres años, Ten Thousand Microbial Genomes Project, del Beijing Genomics Institute.
Un proyecto de colaboración entre Sanger Institute y la colección de cultivos tipo inglesa (NTCT), para secuenciar 3.000 cepas bacterianas de la colección.
Los proyectos para analizar y secuenciar la población
microbiana del suelo: Terragenome Projectdel consorcio International Soil Metagenome Sequencing
Consortium y el proyecto Earth Microbiome Project (MEP).
Genomas microbianos en NCBI
(1) Genomic encyclopedia of Bacteria and Archaea: sequencing amyriad of type strains. Kyrpides, N. C., et al. PLoS Biology. 2014. 12(8):
e1001920
doi: 10.1371/journal.pbio.1001920.
