Diseño de un sistema de hibridación in Silico para el mapeo de genes funcionales de la comunidad microbiana del suelo a partir de datos provenientes de técnicas de secuenciación de alto rendimiento

La producción actual a gran escala y a bajo costo de secuencias han permitido el auge de las aproximaciones metagenómicas para explorar la información genómica almacenada en los diversos ecosistemas del planeta. Esto brinda la oportunidad de experimentar nuevas metodologías para el mapeo de genes funcionales, de manera que se pueda estimar la capacidad funcional inherente de las comunidades microbianas. El Sistema de Hibridación In silico es una aproximación de clasificación taxonómica y funcional que implementa dos flujos de trabajo; un Creador de Sondas (CrSo) encargado de diseñar sondas a nivel taxonómico de genero a partir de las secuencias introducidas y un Hibridador In Silico Secuencial (HISS), que se encarga de hacer el proceso de hibridación entre las sondas generadas con las secuencias de la comunidad. El sistema de Hibridación In silico caracteriza comunidades edáficas evaluando el potencial funcional diferencial de los ciclos biogeoquímicos del Nitrógeno y el Fosforo, para lo cual se identificaron 73 reacciones claves que contaban con 63 familias enzimáticas y 47.419 secuencias nucleotídicas de las enzimas correspondientes a dichas familias. A partir de las secuencias nucleotídicas se diseñaron sondas con CrSo, para un total de 41.430 sondas divididas en 5 grupos de longitudes 25pb, 40pb, 60pb, 80pb y 100pb. A partir de las sondas diseñadas con CrSo y datos simulados de secuenciamiento con características de la plataforma illumina, se determinaron las condiciones de hibridación de HISS, las cuales consideraron como límite inferior de longitud de alineamiento 35pb para y un relación malos apareamientos - longitud de alineamiento descrita por la función logarítmica: !!=!9,6413!ln!!! −!30,483. Con esto se aseguró una sensibilidad y especificidad promedio de 85% y 95% respectivamente, para sondas de longitud 100pb. Bajo la previa parametrización de HISS, se determinó que la mejor forma de caracterizar una comunidad era utilizando la sonda de 100pb con mayor puntaje de especificidad, calculado por CrSo. Adicionalmente, bajo estas condiciones la sobre o sub estimación de genes de la población a muestrear es mínimo. La caracterización de una muestra edáfica real a través del sistema de Hibridación in silico permitió diferenciar claramente el potencial funcional del ecosistema, de su metabolismo activo, tanto desde el punto de vista génico y enzimático como también desde su componente organísmico. Este trabajo presenta una nueva aproximación de clasificación taxonómica y funcional de comunidades microbianas basada en una estrategia de similitud que no requiere un previo ensamblaje de secuencias. Dicha aproximación difiere del enfoque comúnmente utilizado, en que usa huellas genéticas (sondas) diseñadas para cada gen de interés y evalúa las características de los alineamientos que ellas obtienen con las secuencias de la comunidad en estudio.

• Autores: Torres Estupiñan, Guillermo Gonzalo
• Fecha de publicación: 2014
• Institución: Universidad Nacional de Colombia
• Repositorio: Universidad Nacional de Colombia
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repositorio.unal.edu.co:unal/74993
• Acceso en línea: https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/74993; http://bdigital.unal.edu.co/39485/
• Palabra clave: 55 Ciencias de la tierra / Earth sciences and geology; 57 Ciencias de la vida; Biología / Life sciences; biology; Asignación por similitud; Ciclos biogeoquímicos; Diseño de sondas; Homology binning; Biogechemestry cycles; Probe design
• Rights: openAccess
• License: Atribución-NoComercial 4.0 Internacional