Sistema automatizado de anotación de genes asociados a características probióticas desde secuenciación de nueva generación.

Abstract

Los probióticos son microorganismos vivos que cuando se administran en cantidades adecuadas confieren un beneficio para la salud en el huésped, cumpliendo además criterios de seguridad que consideran infectividad, patogenicidad, factores de virulencia, toxicidad y actividades metabólicas. Estos microorganismos actúan en un amplio espectro de beneficios, siendo los más estudiados la modulación de la composición/actividad de la microbiota endógena, la modulación del sistema inmune, y la modulación de las respuestas metabólicas sistémicas. No obstante, a pesar de los grandes avances actuales en bioinformática y particularmente en genómica comparativa, las bases de datos existentes para microorganismos probióticos comprenden solo características a nivel de especie-beneficio y no existe un sistema unificado que permita la anotación funcional y caracterización de los genes asociados a la actividad probiótica. En esta investigación se construyó un sistema de identificación de características probióticas basado en anotaciones por ontología de genes asociados a características probióticas, estableciendo los marcos de identidad (≥70%), cobertura (>90%) y puntaje normalizado (≥1.5) adecuados para una precisa imputación de las secuencias mediante la evaluación de distintas estrategias de agrupamiento desde 561,911 secuencias. Esto permitió establecer una metodología robusta para la construcción de una base de datos de secuencias de proteínas y desde ésta, definir modelos de perfiles escondidos de Markov (HMM). En este trabajo se definieron 10 categorías y 19 subcategorías asociadas a características probióticas establecidas por ontología génica en los grupos incluyentes y excluyentes. Entre los primeros se encuentran: 1) Sobrevivencia al tracto intestinal, 2) Producción de compuestos bioactivos, 3) Competitividad bacteriana, 4) Regulación positiva del sistema inmune, 5) Regulación negativa del sistema inmune, 6) Asociados a receptores Toll-like, 7) No clasificados relacionados con el sistema inmune. Mientras que en los excluyentes tenemos: 1) Resistencia a antibióticos; 2) Patogenicidad; y 3) Producción de compuestos tóxicos. Finalmente, utilizamos este sistema de anotación funcional de genes llamado “PBDBsearch” para la evaluación de 4 cepas bacterianas de Lactobacillus (1 L. rhamnosus, 1 L. plantarum, y 2 L. fermentum) clasificando a Lactobacillus fermentum L26 como el potencial probiótico más inocuo y a Lactobacillus rhamnosus L134 como el potencial probiótico con mayores facultades.