Este proyecto tiene por objetivo principal contribuir al entendimiento de las bases genómicas de la adaptación al nicho/hábitat del pangenoma bacteriano. El pangenoma corresponde al conjunto total de genes presentes en un taxón particular (no un individuo), generalmente una especie o género bacteriano. Comprende tanto al genoma "core", conformado por los genes presentes en todos o la mayoría de los individuos del taxón, como los genes auxiliares o accesorios, presentes sólo en una proporción de los genomas (11, 27, 45, 46). El pangenoma de una especie bacteriana es generalmente al menos un orden de magnitud más grande que su genoma core y contiene muchos de los genes que confieren fenotipos adaptativos al nicho que ocupa una bacteria. Para estudiar patrones de adaptación del pangenoma al hábitat/nicho se requiere de un buen modelo. El modelo ideal comprendería múltiples cepas de una especie o género bacterianos con amplia distribución ambiental y valencia ecológica, donde grupos particulares de cepas colonizan diferencialmente nichos/hábitats contrastantes. En el curso de investigaciones recientes, hemos generado una colección importante de cepas de Ochrobactrum spp. (6 especies) y Stenotrophomonas spp. (2 especies), descrita con más detalle en antecedentes. Está dominada por O. anthropi y S. maltophilia, dos organismos multiresistentes a antimicrobianos, descritos como patógenos oportunistas emergentes, recuperados de ambientes tan diferentes como diferentes son tejidos y órganos humanos, ambiente hospitalario, suelos, sedimentos, fondo marino, raíces de plantas, nódulos de leguminosas y efluentes de plantas de tratamiento de aguas negras, entre otros (5, 7, 13, 16, 21, 22, 30, 35, 37, 39, 42, 44, 47). Son por tanto organismos ideales como modelo para los fines de este estudio. Actualmente hay muy poca información sobre su sistemática molecular, genética de poblaciones y genómica comparada. A 20 de Agosto de 2013 sólo existe una secuencia completa de O. anthropi, y 4 de S. maltophilia (sitio FTP de NCBI, directorio /Bacteria; 17 de Agosto de 2013). No se ha publicado un estudio formal de genética de poblaciones de especies de estos géneros, ni mucho menos de pangenómica comparada que ayuden a explicar su versatilidad ecológica, amplitud de nicho y potencial de colonización de tejidos humanos que exhiben estos organismos. Para este proyecto proponemos estudiar a los géneros Ochrobactrum y Stenotrophomonas en el contexto genético-ecológico-genómico arriba indicado. Comenzaremos por incrementar nuestras colecciones de aislados ambientales de estos géneros para analizar su diversidad taxonómica y estructura filogenética mediante análisis multilocus de secuencias (MLSA). Ello nos permitirá identificar nuevas especies y determinar el rango de distribución ambiental de las especies detectadas. A nivel de especies, estudiaremos en profundidad la estructuración ecológica y genética de poblaciones de O. anthropi y S. maltophilia usando esquemas de multilocus sequence typing (MLST) recientemente descritos para ellas (23, 39). En base a los resultados obtenidos de estos estudios de MLSA y MLST, seleccionaremos a 48 cepas para su secuenciación genómica parcial (n=28) y completa (n=20) usando tecnologías de secuenciación masiva de segunda y tercera generación. Se elegirán para ello cepas representativas de la diversidad taxonómica y ecológica de ambos géneros, así como cepas recuperadas hábitats contrastantes de las especies modelo O. anthropi y S. maltophilia.

Este proyecto está diseñado para dar respuesta a las siguientes preguntas científicas que giran en torno a la diversidad taxonómica y ecológica de los géneros de interés, la estructura genética y parámetros poblacionales de especies selectas (principalmente O. anthropi y S. maltophilia) y la identificación a escala genómica de genes linaje-específicos y población específicos, potencialmente involucrados en la adaptación de las cepas a los ambientes particulares de las que fueron recuperadas. En este contexto, preguntas claves a contestar son: 1) ¿Cuál es la riqueza taxonómica de los géneros Ochrobactrum y Stenotrophomonas en diferentes suelos y ríos de Morelos? 2) ¿Existe un particionado de las especies en función del tipo de hábitat y/o su grado de perturbación/contaminación con aguas negras? 3) ¿Están estructuradas genéticamente las poblaciones de especies de Ochrobactrum y Stenotrophomonas? 4) Dentro de una misma especie como O. anthropi o S. maltophilia, ¿se diferencian a escala genómica las cepas obtenidas de diferentes ambientes (suelo, sedimento, columna de agua) y/o en función del grado de contaminación ambiental (efecto del humano sobre la composición genómica, por ejemplo, en genes de resistencia y bombas de extrusión, adhesinas y fimbrias, presencia de proteínas secretadas, sistemas de secreción, genes de virulencia)? 5) ¿Existen nuevos genes de resistencia, bombas de extrusión o proteínas secretadas relacionadas con la virulencia en los nuevos aislamientos de estas especies no reportados hasta el momento? 6) En especies ambientales de Stenotrophomonas y Ochrobactrum diferentes a las mencionadas en el punto anterior, para las que no existen secuencias genómicas hasta el momento, ¿pueden identificarse genes de adaptación a ambientes particulares? 7) ¿Hay evidencia de transferencia lateral de elementos genéticos móviles entre especies simpátricas aisladas de los mismos ambientes? 8) Al comparar los genomas obtenidos de cepas ambientales con los de cepas patogénicas oportunistas reportadas en las bases de datos públicas, ¿pueden identificarse patrones de adaptación genómica al hospedero humano? ¿Cómo se comparan los genomas de Stenotrophomonas con los de otros patógenos oportunistas filogenéticamente cercanos, como Pseudomonas aeruginosa o Xanthomonas spp.? Estas y otras preguntas relacionadas son las que buscamos contestar con el análisis pangenómico poblacional y comparativo propuesto aquí. Las contribuciones científicas de este proyecto se espera sean de notorio impacto y abrirán nuevas líneas de investigación en el laboratorio del proponente. Se avanzará significativamente en el conocimiento de las bases genómicas de la adaptación de Ochrobactrum spp. y Stenotrophomonas spp. a diversos ambientes. También se espera obtener evidencia sobre el impacto que causa la contaminación ambiental en la acumulación de genes de resistencia a antimicrobianos y bombas de extrusión en los genomas de estas bacterias recuperadas de hábitats (ríos, sedimentos y suelos agrícolas) contaminados con aguas residuales, en comparación con cepas de las mismas especies recuperadas de hábitats equivalentes sin contaminar, en la misma región eco-geográfica y bio-climática. Estos análisis también arrojarán luz sobre las vías de diseminación en los ecosistemas de genes de resistencia y genotipos bacterianos particulares. Además de los resultados derivados de los estudios genómicos comparativos, se espera describir nuevas especies de estas bacterias y desarrollar esquemas eficientes de análisis multilocus de secuencias, tanto a nivel de género como de especies, contribuyendo así a mejorar y avanzar la sistemática, ecología y taxonomía molecular de estos géneros de gran relevancia ambiental y clínica. Se publicarán al menos 4 trabajos en revistas de primera línea en el campo de la genómica, ecología y sistemática molecular microbiana. Se presentarán trabajos en al menos dos congresos internacionales y uno nacional. Se formarán recursos humanos a nivel de doctorado (al menos dos) y licenciatura (al menos una).