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Actualmente existen más de 25 000 genomas bacterianos disponibles en diferentes bases de datos y numerosos recursos bioinformáticos que permiten estudiar genomas de organismos procariotas. Estos genomas sirven de base para hacer múltiples comparaciones y fortalecer el estudio de los microorganismos. En este blog destaco la historia del primer genoma bacteriano secuenciado.
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Varios genomas virales y organelas habían sido secuenciados antes de 1995 —por ej., el del bacteriófago Phi-X174 por Fred Sanger y colaboradores en 1977, el genoma de Vaccinia (virus vacuna), genomas de cloroplastos de Marchantia y el genoma del virus que causa viruela—, año en el que Venter y colaboradores publican el primer genoma bacteriano: Haemophilus influenzae.
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La primera revolución en el estudio de la secuencia del genoma bacteriano inició en 1990, con proyectos relacionados a la secuenciación del genoma de bacterias modelo, como Escherichia coli y Bacillus subtilis1. No obstante, fue hasta 1995 cuando secuencian por primera vez el genoma de una cepa no patogénica de H. influenzae, utilizando la tecnología de secuenciación shotgun2.
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El tamaño del genoma de H. influenzae era diez veces mayor
que cualquier virus secuenciado hasta ese momento
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Craig Venter fundó el Instituto para la Investigación del Genoma (TIGR). En una colaboración con Hamilton Smith, de la Escuela de Medicina de la Universidad Johns Hopkins —quien descubrió enzimas de restricción específicas en 1970 y recibió un Premio Nobel en 1978—, decidieron secuenciar un organismo mucho más complejo, utilizando lo que llamaron “secuenciación aleatoria de todo el genoma”. Con 1.8 millones de pares de bases (bp), el tamaño del genoma de H. influenzae era diez veces mayor que cualquier virus secuenciado hasta ese momento. Para dicha secuenciación, se generaron bibliotecas de fragmentos de ADN desde 1 500 bp hasta 20 000 bp, y para su ensamblaje se utilizó el software TIGR, el cual permitía comparar, agrupar y ensamblar los diferentes fragmentos. Posteriormente, se realizó la anotación y el mapa genético de la bacteria.
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Estos pasos básicos son la base de los análisis que se realizan actualmente, no obstante, los algoritmos han mejorado y se han implementado más herramientas y programas, así como mejoras en las técnicas de secuenciación y preparación de bibliotecas. La secuenciación aleatoria de todo el genoma tuvo como objetivo ensamblar la totalidad de un genoma a partir de fragmentos de ADN parcialmente secuenciados con la ayuda de un modelo computacional. Este enfoque no necesitaba de un mapa físico preliminar del genoma.
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Años después, a mediados de los años 2000, se inicia con la secuenciación de “nueva generación” o “alto rendimiento” (“high-throughput sequencing”), acompañada de nuevos enfoques bioinformáticos. Recientemente, nuevos avances han permitido generar fragmentos de mayor longitud y en conjunto con la información generada por la secuenciación de nueva generación se han logrado ensamblar genomas de mejor calidad.
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Centro de Investigación en Biología Celular y Molecular (CIBCM), Universidad de Costa Rica
San José, Costa Rica
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Imágenes
Ilustración del ADN. Fuente: Darryl Leja, National Human Genome Research Institute (CC BY 2.0)
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Referencias
1Loman, N. J., & Pallen, M. J. (2015). Twenty years of bacterial genome sequencing. Nature Reviews Microbiology, 13(12), 787-794.
2Fleischmann, R. D., et al. (1995). Whole-genome random sequencing and assembly of Haemophilus influenzae Rd. Science, 269(5223), 496-512.
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Publicado: 8 de julio, 2019. Serie 4.
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Serie de Blogs de la Revista de Biología Tropical. 2019
Universidad de Costa Rica
Edición gráfica: Alonso Prendas Vega
Edición científica: Luis E. Vargas-Castro
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