Diseño in silico de un sistema para la detección de la matriz CRISPR-Cas en géneros reportados en sustratos del frente glacial del Pico Humboldt

Abstract

Las bacterias están entre los organismos más abundantes y diversos de la Tierra, habitando casi todos los ambientes conocidos, incluidos aquellos de condiciones extremas. Las bacterias coexisten con virus, que son los entes biológicos más diversos. Algunos de estos virus son bacteriófagos, que infectan bacterias y modelan de diferentes maneras su diversidad genética, alterando en algunos casos el material genético durante la infección, lo que conlleva a modelar la dinámica poblacional del huésped. En consecuencia, al ser las bacterias susceptibles a las infecciones virales, éstas han desarrollado distintos mecanismos para contrarrestar su efecto. Las repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas (CRISPR) y sus proteínas asociadas (Cas) representan un sistema “inmunitario” bacteriano adaptativo, que consiste en identificar y degradar secuencias de ácidos nucleicos exógenos (i.e. de los virus), e integrar secuencias cortas de infecciones previas, denominados espaciadores, en el locus CRISPR. Alrededor del 50% de las bacterias conocidas presentan este sistema, que se ha diversificado en diferentes tipos y arreglos de proteínas Cas. Mediante un análisis in silico se identificó el sistema CRISPR-Cas de la clase I y subtipo I-E en diferentes especies pertenecientes a los géneros Arthrobacter, Cryobacterium, Pseudomonas y Rhodococcus. Cabe mencionar que para el género Arthrobacter se trata del primer reporte del sistema CRISPR-Cas. Por otra parte, se encontró el sistema de clase II subtipo II-C1 en especies del género Sphingomonas. Fueron resaltantes las diferencias en la arquitectura genética del sistema entre varios representantes de estos géneros. En este trabajo se diseñaron varios oligonucleótidos para la detección de cada tipo de sistema CRISPRCas encontrado en los géneros bajo estudio. Los resultados de las pruebas in silico revelaron que los oligos para la identificación del gen cas7 son los más específicos y eficientes para la detección del sistema tipo I-E en 17 órdenes diferentes, incluidos los géneros de interés. De igual forma, para el sistema tipo II-C1 se pudieron diseñar oligonucleótidos que demostraron ser idóneos (en las pruebas in silico), para la identificación del gen cas9 en 32 especies, incluidos varios representantes del género Sphingomonas. Nuestro estudio fue capaz de determinar regiones diana para la identificación del sistema CRISPR-Cas de las clases I y II en géneros reportados en sustratos del frente glaciar del Pico Humboldt y en muchos otros taxones bacterianos.