Istock 1787929621 800x560 M.jpg

hLos cuerpos humanos están llenos de billones de células microbianas que componen el microbioma, muchas de ellas bacterias. Aunque sean pequeñas, algunas de estas bacterias mantienen la salud, pero otras promueven la enfermedad. Estas diferencias a menudo se reducen a los genes de cada genoma bacteriano, pero puede resultar complicado encontrar y secuenciar cepas raras.

El equipo de Gang Fang desarrolló mEnrich-seq, una técnica de secuenciación que enriquece las bacterias de interés en una muestra.

Brian Schutza

Pandilla colmillogenetista de la Escuela de Medicina Icahn en Mount Sinai, ha propuesto una nueva solución llamada mEnrich-seq que se basa en su década de investigación epigenómica bacteriana para distinguir el ADN de diferentes especies para estudios metagenómicos.1 En una entrevista con El científicoFang describe su visión de cómo mEnrich-seq puede ayudar a los científicos a responder preguntas difíciles sobre las bacterias acompañantes de los humanos.

¿Cuáles son algunos de los desafíos asociados con el estudio del microbioma humano con metagenómica?

Disponemos de muchas tecnologías para comprender el microbioma de muchas formas diferentes, pero hay un problema común. Si una especie bacteriana es abundante en una muestra, entonces podemos aprender casi cualquier cosa sobre ella, pero si la abundancia de una especie es realmente baja, es muy difícil de estudiar. Incluso puede haber dos o tres cepas coexistentes de la misma especie, y la cepa importante puede no ser la que sea relativamente más abundante. Estas diferentes cepas suelen ser muy similares en términos de sus genomas, por lo que es extremadamente difícil diferenciarlas.

¿Qué te motivó a desarrollar mEnrich-seq?

Si un objetivo es raro, la mayor parte del rendimiento de la secuenciación será consumido por las especies más abundantes. En el momento en que secuenciamos, ya perdimos esta batalla, por lo que necesitábamos una nueva estrategia antes de secuenciar.
– Gang Fang, Escuela de Medicina Icahn en Mount Sinai

Si un objetivo es raro, la mayor parte del rendimiento de la secuenciación será consumido por las especies más abundantes. En el momento en que secuenciamos, ya perdimos esta batalla, por lo que necesitábamos una nueva estrategia antes de secuenciar. Los códigos de barras epigenéticos naturales de las bacterias nos brindan una forma única de resolver este problema. Aunque diferentes especies y cepas tienen genomas similares, a menudo codifican diferentes ADN metiltransferasas, que determinan su Patrones de metilación del ADN..2 Las bacterias hacen esto para diferenciar entre el ADN propio y el extraño. Podemos usar esto para diferenciar entre genomas de especies o cepas según el patrón de metilación global.

Si queremos apuntar a un genoma determinado y conocemos su patrón de metilación, podemos elegir racionalmente enzimas de restricción que corten en una secuencia determinada llamada motivo de metilación. Las enzimas digerirán la gran mayoría del ADN de fondo que no tiene esta metilación coincidente. Con mEnrich-seq, podemos enriquecer bacterias de interés más de 100 veces.

¿Cómo se compara este protocolo con un experimento de secuenciación metagenómica estándar?

De hecho, consideramos esto en nuestro diseño. Queríamos que fuera eficaz pero también muy fácil de conectar al sistema existente. En última instancia, mEnrich-seq solo implica dos pasos además de la preparación de la biblioteca estándar. En el primer paso, después de la ligadura del adaptador y antes de la amplificación, digerimos el ADN utilizando la enzima de restricción elegida racionalmente. Al digerir el ADN con el adaptador ya ligado, sólo el ADN intacto tendrá adaptadores ligados en ambos extremos y podrá amplificarse en toda su longitud. El otro ADN será mucho más corto, lo que lleva al paso dos: después de la amplificación, realizamos la selección de tamaño. Los demás pasos, como el control de calidad, siguen siendo los mismos.

¿En qué contextos cree que este método podría resultar más útil?

Una aplicación es combatir la resistencia a los antibióticos, por ejemplo en las infecciones del tracto urinario (ITU). Idealmente, los médicos quieren detectar con sensibilidad los genes de resistencia a los antibióticos transportados por la cepa de ITU de un paciente, pero una muestra de orina tiene mucho ADN del huésped y otras bacterias. En este momento, la mejor práctica para las ITU es cultivar las muestras de orina, lo que demora tres días para obtener un resultado. Esto no es ideal. Queremos crear un perfil de resistencia a los antibióticos rápidamente (en un día) para que el médico pueda decidir qué antibióticos administrar al paciente.

Otra aplicación es para bacterias beneficiosas o probióticos, como bifidobacteria. Diferentes cepas pueden tener beneficios para la salud muy diferentes. Si queremos descubrir probióticos asociados con enfermedades humanas o respuestas a medicamentos, debemos realizar una selección inicial para limitar las especies en muestras fecales y recuperar candidatos más prometedores.

Mucha gente está interesada en estas aplicaciones y creemos que mEnrich-seq proporciona una forma nueva, más sensible, confiable y rentable de abordar estos problemas.

Esta entrevista ha sido condensada y editada para mayor claridad.

Referencias

  1. Cao L, et al. mEnrich-seq: secuenciación de enriquecimiento guiada por metilación de taxones bacterianos de interés del microbioma. Métodos nat. 2024;21(2):236-246.
  2. Beaulaurier J, et al. Combinación metagenómica y asociación de plásmidos con genomas bacterianos del huésped mediante metilación del ADN.. Biotecnología Nat. 2018;36(1):61-69.