Una aguja en el pajar: cómo buscar una función en una librería metagenómica

No se si sabes que además de librerías con libros,
los biólogos moleculares también son capaces de hacer librerías con genes.
Podemos tener todos los genes de un ser vivo (en nuestro caso de un
microorganismo) perfectamente guardaditos y clasificados en “estanterías” o
clones individuales.

Las librerías metagenómicas
son librerías de genes construidas con todo el ADN que se obtiene de una
muestra ambiental. Su mayor ventaja es que permiten obtener una inmensa
cantidad de información genética independientemente de nuestra capacidad de
cultivar los microorganismos presentes en la muestra. La identificación de los
genes se hace por secuenciación masiva y comparación con las bases de datos.

Buscar una gen concreto en un banco o librería de genes

puede ser tan difícil como encontrar una aguja en un pajar.

Estas librerías metagenómicas también se pueden
analizar desde un punto de vista funcional, es decir, identificando la función
de los genes, en vez de su secuencia de ADN. Esto se puede hacer analizando las
nuevas funciones (nuevos fenotipos) que confieren las secuencias genómicas de
la librería en otra bacteria huésped. Sin embargo, una limitación importante de
esta estrategia es que la detección de la función depende de la eficacia de la
expresión de los genes clonados en la bacteria huésped. Dicho de otro modo, si
el gen no se expresa, no lo “vemos”. De hecho, se ha demostrado que la mayoría
de los genes normalmente no se expresan en una bacteria huésped.

En un original trabajo publicado en Scientific
Reports
se describe un nuevo método para
mejorar el análisis funcional de las librerías metagenómicas. Para ello, los
autores han construido unos vectores y cepas bacterianas que combinan el empleo
de E. coli como cepa huésped
especializada para la transcripción de ADN metagenómico, con dos nuevos
vectores de expresión que incorporan componentes genéticos virales. Uno de
ellos se basa en la ARN-polimerasa del bacteriófago T7 que no reconoce la
mayoría de las señales de terminación de la transcripción bacteriana. El otro
sistema de expresión se basa en el empleo de la proteína N anti-terminación del
bacteriófago
lambda combinado con un sistema regulador bacteriano
inducible. Un poco complejo, pero muy original.

El trabajo incluye también un “prueba de
concepto” del nuevo sistema. Para ello, han construido una librería
metagenómica extrayendo el ADN total de una muestra tomada de la costa de Punta
San García (Cádiz) contaminada con petróleo por un vertido. El objetivo era
encontrar genes relacionados con la resistencia al antibiótico beta-lactámico
carbenicilina. De aproximadamente unos 54.000 clones que formaban la librería,
sólo seis de ellos portaban genes que conferían resistencia a dicho
antibiótico. La secuenciación de estos seis clones seleccionados demostró la
existencia de genes que llevan la información para la síntesis de enzimas beta-lactamasas
(que rompen el antibiótico) o bombas tipo
efflux
(que lo expulsan hacia el exterior), responsables ambos de la resistencia al
antibiótico carbenicilina. Los resultados por tanto demuestran la validez del
nuevo sistema de expresión.

Esta tecnología de metagenómica funcional es una
herramienta muy poderosa que puede permitir descubrir nuevos productos naturales
y enzimas de interés biotecnológico.

Terrón-González, L., et al. (2013). Heterologous viral expression systems in fosmid vectors increase the functional analysis potential of metagenomic libraries Scientific Reports, 3 DOI: 10.1038/srep01107

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