Análise comparativa de genomas de isolados clínicos e ambientais do gênero Herbaspirillum

Abstract

Resumo: Bactérias do gênero Herbaspirillum, de origem ambiental, têm, recentemente, sido isoladas de amostras clínicas, em especial de pacientes imunocomprometidos. Para investigar como bactérias ambientais sobrevivem e causam doenças no organismo humano, foram sequenciados e anotados dois genomas de bactérias deste gênero, isolados de escarro de pacientes com fibrose cística, sendo um Herbaspirillum frisingense AU14559 e um inicialmente classificado como Herbaspirillum linhagem 2 AU13965. O genoma do organismo H. frisingense AU14559 foi finalizado em apenas um contig contendo 5.401.392 pb, conteúdo GC% de 63,1%, 3 operons de rRNAs, 59 tRNAs, 23 ncRNAs e 4.913 genes. Já o genoma do organismo Herbaspirillum linhagem 2 AU13965 foi fechado em um cromossomo de 5.350.014pb, com conteúdo GC% de 64,1%, 3 operons de rRNAs, 24 ncRNAs, 62 tRNAs e 4.720 CDSs, e um plasmídeo circular com 42.977pb, contendo 54 CDS e conteúdo GC% de 62,6%. Através de análises de identidade nucleotídica média realizadas, o genoma de Herbaspirillum lineage2 AU13965 foi classificado como pertencente a espécie H. seropedicae. Para identificação de genes possivelmente envolvidos na migração do solo para o organismo humano, foram realizadas comparações entre os genomas clínicos montados neste trabalho e isolados ambientais de suas respectivas espécies. Nestas análises foram identificadas perdas de pacotes gênicos como o operon nif, responsável pela fixação biológica de nitrogênio nas estirpes ambientais além da aquisição de genes potencialmente envolvidos na infecção de células humanas como o ciclic beta-1,2- glucan synthase, responsável pela criação de macromoléculas de monômeros de glucose, as quais estão, em outras bactérias patogênicas, envolvidas na evasão de lisossomos, sendo essencial para a sua sobrevivência intracelular. No entanto, apesar de vários genes serem encontrados exclusivamente nos isolados clínicos, a grande maioria dos fatores de virulência, interação patógeno-hospedeiro e genes de resistência, encontrados através de alinhamentos com bancos de dados são comuns entre os isolados clínicos e ambientais, levantando a hipótese de que estes organismos possuem o potêncial para causar infecções no organismo humano. Palavras-chave: Gênero Herbaspirillum, H. frisingense, Herbaspirillum lineage2, comparação de genomas, Bactérias oportunistas.

Abstract: Bacteria from Herbaspirillum genus, from environmental origin, has, recently being related to clinical isolates, in especial from immunocompromised patients. To investigate how environmental bacteria survive and cause deaseases to human organism, it was sequenced and annotated two genomes from this genus, recovered from sputum of patients with cystic fibrosis, the Herbaspirillum frisingense AU14559 and the strain initially classified as Herbaspirillum lineage 2 AU13965. The genome of Herbaspirillum frisingense AU14559 was closed in only one contig of 5,401,393 bp, GC% content of 63.1%, 3 rRNA operons, 59 tRNAs, 23 ncRNAs and 4,913 genes. The genome of Herbaspirillum lineage 2 AU13965 was closed in one chromosome of 5,350,014 bp, with a GC% content of 64.1%, 3 rRNAs operons, 24 ncRNAs, 62 tRNAs and 4.720 CDSs, and a circular plasmid with 42,977 bp, containing 54 CDSs and GC% content of 62.6%. Through Average Nucleotide Identity (ANI) analysis, the H. lineage 2 AU13965 genome was classified as from the Herbaspirillum seropedicae specie. To identification of possible genes involved in this migration from soil to human organism, was performed comparisons between the assembled genomes from the clinical isolates and environmental genomes of their respective species. In these analyses was identified losses of genes, like nif operon, responsible for the biological nitrogen fixation in the environmental strains, besides the acquisition of genes potentially involved in the infection in human cells like beta- 1,2-glucan synthase, a protein responsible for creation of macromolecules of glucose monomers, that are involved in the avoidance of lysosomes, wich are, in other bacteria, essential for its intracellular survival. However, despite being found several genes exclusively in the clinical isolates, the most of virulence, pathogen-host interaction factors and antibiotic resistance genes found through alignments performed against data bases are common to clinical and environmental isolates, raising the hypothesis that these organisms has a level of pre-adaptation to migrate from soil to the human organism. Key-words: Herbaspirillum genus, H. frisingense, Herbaspirillum lineage2, genome comparison, opportunistic bacteria.