Reconstrucción de CRISPR a partir de metagenomas como herramienta para el estudio de las interacciones fago-bacteria en el ambiente

Abstract

El sistema de tratamiento de efluentes por barros activados es un proceso dominado por bacterias. Estas bacterias conforman una comunidad donde se dan complejas interacciones entre sí, con el ambiente y con otros organismos. La presencia de virus bacteriófagos (fagos) en concentraciones superiores a las de las bacterias, sugiere que juegan un papel fundamental como predadores, modelando la estructura de la comunidad. En consecuencia, las bacterias han desarrollado sistemas de defensa que les permiten sobrevivir al ataque de los fagos. Dentro de estos mecanismos destacan los sistemas CRISPR-Cas. Estos cumplen la función de identificar y defenderse frente a nuevas infecciones por fagos a los que la bacteria ya estuvo expuesta. Una de las particularidades de este sistema, es que permite llevar un registro de las infecciones pasadas al ir incorporando pequeñas secuencias del genoma del fago (espaciadores) al arreglo CRISPR de forma secuencial y ordenada. Por lo tanto, el análisis de las secuencias codificadas en los CRISPR ofrece la posibilidad de identificar pares de fago-bacteria y de esta forma, reconstruir su dinámica tanto espacial como temporal.En nuestro laboratorio hemos desarrollado una estrategia para reconstruir arreglos CRISPR a partir de secuencias metagenómicas de muestras ambientales. Estos estudios nos permitieron identificar a una bacteria del género Gordonia y a dos de sus fagos en una planta de tratamiento de efluentes, y reconstruir su dinámica de interacción durante un periodo aproximado de tres años. Los resultados mostraron la existencia de múltiples variantes de un mismo arreglo CRISPR producto de la interacción con los fagos. Sin embargo, una variante mayoritaria presente en aproximadamente el 50% de las células de Gordonia no poseía espaciadores que otorguen resistencia contra los virus. Por otro lado, los fagos no mostraron cambios en su genoma dirigidos a escapar del sistema CRISPR.Estos resultados, contrariamente a lo que se ha visto en experimentos de laboratorio, donde la interacción fago-bacteria ejerce una gran presión de selección sobre ambos, resaltan la importancia de realizar estudios directamente sobre las poblaciones en el ambiente, con el fin de entender mejor las complejas interacciones que ocurren en los sistemas a escala real.