Estudios genómicos y dinámica evolutiva en Helicobacter pylori

Resumen

En esta tesis hemos llevado a cabo un análisis genómico, poblacional y evolutivo de la bacteria H. pylori junto a varias especies del mismo género. H. pylori es reconocida como uno de los patógenos obligados humanos más comunes que coloniza el estómago y el duodeno en la mitad de la población humana, causando inflamación que puede desarrollar úlceras y cáncer gástrico. Esta especie presenta un comportamiento poblacional panmíctico, con frecuente recombinación homóloga mutua y mostrando una gran diversidad en términos de estructura del genoma y composición de genes, así como una alta variación en secuencia de nucleótidos debido a la elevada tasa de mutación y recombinación. Como hemos podido comprobar, el genoma de esta bacteria presenta una longitud media de 1.621.671+- 43.785 bp con un contenido medio de G/C del 40% por lo que se encuadraría dentro del grupo de genomas bacterianos pequeños de ∼2 Mb. Esta reducción en el tamaño está en concordancia con otras bacterias patógenas de vida libre en ambientes extremos. Igualmente, el contenido génico también es bajo, teniendo una media de 1.551+- 42 genes por genoma y un genoma central constituido por 802 genes. Ambos valores obtenidos en esta Tesis son más bajos que en otros estudios previos de esta misma especie. Estas diferencias podrían ser debidas a varias causas entre ellas: el diferente número de cepas incluido en cada análisis, el programa de cálculo y los respectivos filtros de significación del genoma central usado, así como la inclusión en alguno de estos estudios de genes parálogos y ortólogos conjuntamente. Sin embargo, podemos señalar que el tamaño de 802 genes para el genoma central no es extraordinario ya que, por ejemplo, las Actinobacteria de vida libre presentan un genoma de aproximadamente 800 genes. Sin embargo, a pesar del reducido tamaño de su genoma en nucleótidos y en genes esta bacteria presenta una enorme variabilidad lo que se manifiesta en la gran cantidad de SNPs que presentan los genes del genoma central en el conjunto de las 53 cepas analizadas. Esta gran variabilidad permite clasificar en un número cada vez mayor las diferentes subpoblaciones geográficas al inicialmente propuesto en función del análisis para solo siete genes del genoma. Esta observación de tan alta variabilidad no es excepcional para H. pylori ya que la secuenciación de un gran número de genomas procarióticos y la comparación de secuencias de especies estrechamente relacionadas han puesto de manifiesto una alta frecuencia en un gran repertorio de variaciones genómicas, que pueden ir desde variaciones de un solo nucleótido hasta eventos de inserción-deleción de grandes bloques cromosómicos. El origen de esta gran cantidad de variabilidad puede tener varias explicaciones, ninguna de ellas mutuamente excluyentes. Entre estos podemos señalar: I) estilo de vida II) subproductos de recombinación ilegítima (recombinación homóloga) III) mecanismo de reparación no homólogo impreciso durante la replicación aberrante del ADN para reparar horquillas de replicación rotas y IV) presencia de elementos repetidos en su genoma. Como resultado de los procesos erróneos de recombinación hemos podido comprobar que las inversiones son la mutación cromosómica más frecuente, existiendo inversiones características de cada región, existiendo subgrupos dentro de ellas que han podido producirse por procesos de deriva genética. Esta misma asociación se produce cuando se realiza un análisis estructural y filogenético en base a los SNPs detectados, ya que podemos observar un patrón geográfico en el que es posible, en general, asignar cada cepa según su origen. También identificamos hasta seis cepas híbridas, cuatro de ellas por primera vez en este trabajo y cuyo genoma es el resultado de la recombinación de, al menos, tres genomas de origen geográfico diferente. En este sentido también hemos comprobado la gran influencia que el flujo génico tiene en la estructura poblacional de esta especie, produciendo una gran cantidad de mezcla entre distintas regiones geográficas, existiendo regiones donadoras y otras receptoras. También hemos podido comprobar que, además de los mecanismos mencionados que contribuyen a la conformación del genoma, en H. pylori la evolución concertada y la selección juegan un papel importante en su dinámica evolutiva. Así, para siete genes duplicados, encontramos pruebas de evolución concertada es decir, de homogenización de secuencias intergénicas para aquellas regiones del gen en las que se pudo comprobar que ocurría recombinación. Para poder tener una visión más amplia de la evolución de esta especie y su relación con otras especies del género Helicobacter, hemos llevado a cabo un análisis comparativo de H. pylori con siete especies del género. De estos análisis, podemos deducir que las cepas africanas de H. pylori son las más relacionadas con H. acinonychis especie también de ambiente gástrico. Por último, hemos realizado un estudio sobre los distintos sistemas inmunes que presenta el género. Hemos comprobado que presentan una gran diversidad de sistemas en el conjunto de especies y que casi todas las especies presentan más de tres sistemas inmunitarios, lo que les permite una mejor defensa ante los ataques de fagos.