El nuevo software permite un análisis rápido y sencillo de los microbios ambientales
Un método fácil de usar para reconstruir y analizar el ARNr del SSU a partir de datos de metagenoma en bruto
Primero el fondo: Los microbiólogos tradicionalmente determinan con qué organismos están tratando usando el ARN ribosomal de la subunidad pequeña o en el gen corto del ARNr de la SSU. Este gen marcador permite identificar casi cualquier criatura viviente, ya sea una bacteria o un animal, y así asignarle su lugar en el árbol de la vida. Una vez que se conoce la posición en el árbol de la vida, se pueden diseñar sondas de ADN específicas para hacer visibles los organismos en un enfoque llamado FISH (hibridación fluorescente in situ). FISH tiene muchas aplicaciones, por ejemplo, para clasificar células o para registrar microscópicamente su morfología o posición espacial. Este enfoque, que lleva del ADN al gen al árbol y de la sonda a la imagen, se denomina "enfoque del ARNr de ciclo completo". Para que el ARNr de la SSU sea medible, se suele amplificar con la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Sin embargo, hoy en día la PCR está siendo reemplazada cada vez más por la llamada metagenómica, que registra la totalidad de todos los genes de un hábitat. Los rápidos avances metodológicos permiten ahora la producción rápida y eficiente de grandes cantidades de esos datos metagenómicos. El análisis se realiza utilizando segmentos de secuencia de ADN significativamente más cortos -mucho más cortos que el gen SSU- que luego se ensamblan laboriosamente y se colocan en los denominados genomas ensamblados metagenómicamente (MAG). Los fragmentos cortos de genes no proporcionan ARNr de SSU completo, e incluso en muchos ensamblajes y MAGs no encontramos este importante gen marcador. Esto dificulta la identificación molecular de los organismos en los metagenomas, su comparación con las bases de datos existentes o incluso su visualización específica con FISH.
Los dos autores principales comparten la pasión por la bioinformática y las criaturas simbióticas en las arenas marinas. Aquí, están buscando pequeños gusanos bajo el microscopio en la Estación de Campo de Carrie Bow Cay en Belice.
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phyloFlash proporciona un remedio
Los investigadores del Instituto Max Planck de Microbiología Marina de Bremen presentan ahora un método que cierra esta brecha y permite reconstruir y analizar el ARNr de la SSU a partir de los datos brutos del metagenoma. "Este software llamado phyloFlash, que está disponible gratuitamente a través de GitHub, combina el enfoque de ciclo completo del ARNr para la identificación y visualización de microorganismos no cultivados con el análisis metagenómico; ambas técnicas están bien establecidas en el Instituto Max Planck de Microbiología Marina de Bremen", explica Harald Gruber-Vodicka, quien desarrolló principalmente el método. "El phyloFlash comprende todos los pasos necesarios, desde la preparación de la base de datos de genomas necesaria (en este caso SILVA), la extracción de datos y la clasificación taxonómica, pasando por el ensamblaje, hasta la vinculación de las secuencias de ARNr del SSU y los MAG". Además, el programa informático es muy fácil de utilizar y tanto la instalación como la aplicación están en gran medida automatizadas.
Especialmente adecuado para comunidades sencillas
Gruber-Vodicka y su colega Brandon Seah - que son los primeros autores compartidos de la publicación que ahora presenta phyloFlash en la revista mSystems - provienen de la investigación de la simbiosis. Las comunidades con las que tratan en este campo de investigación son comparativamente simples: Normalmente un organismo anfitrión vive junto con uno o un puñado de simbiontes microbianos. Tales comunidades son particularmente adecuadas para el análisis con phyloFlash. "Por ejemplo, investigamos mucho sobre el mejillón de aguas profundas Bathymodiolus, que es el hogar de varios subinquilinos bacterianos", dice Gruber-Vodicka. "Con la ayuda de esta comunidad bien estudiada, hemos podido comprobar si el phyloFlash funciona y cómo funciona de forma fiable". Y de hecho, el nuevo software identificó de manera fiable tanto al mejillón como a sus diversos simbiontes. Niko Leisch, también un investigador de simbiosis en el Instituto Max Planck de Microbiología Marina, probó phyloFlash en pequeños gusanos marinos. Los análisis de varios de estos nematodos mostraron que algunas de las especies de estos gusanos discretos podrían estar asociadas con simbiontes. "Estos excitantes atisbos subrayan el gran potencial de nuestro simple y rápido método", señala Gruber-Vodicka.
De código abierto y para todo propósito
phyloFlash es un software de código abierto. Una extensa documentación y una comunidad muy activa aseguran su continuo testeo y desarrollo. "phyloFlash no sólo es interesante para los microbiólogos", enfatiza Gruber-Vodicka. "Ya en la actualidad, numerosos científicos de diversos campos de investigación hacen uso de nuestro software. La simple instalación fue ciertamente útil en este sentido, ya que reduce el umbral de uso". Este fácil acceso y carácter interactivo es también particularmente importante para Brandon Seah, que ahora trabaja en el Instituto Max Planck de Biología del Desarrollo: "Lo más satisfactorio para mí en este proyecto es ver a otras personas usando nuestro software para impulsar su propia investigación", dice Seah. "Desde el principio, hemos añadido características y desarrollado el software en respuesta a los comentarios de los usuarios. Estos usuarios no son sólo colegas en el pasillo, sino también personas del otro lado del mundo que lo han probado y se han puesto en contacto con nosotros en línea. Esto subraya cómo el código abierto es más productivo y beneficioso tanto para el desarrollo de software como para la ciencia".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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