martes, 30 de abril de 2013

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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