Embora o solo abrigue uma infinidade de fágos, uma parte significativa dos seus organismos hospedeiros permanece não identificada, dificultando a caracterização genómica. Um estudo recente abordou esta lacuna de conhecimento ao empregar tecnologia avançada de captura de conformação cromossómica de alta capacidade (Hi-C). Esta abordagem inovadora permite a captura direta das relações fago-hospedeiro no solo, fornecendo evidências empíricas para o papel dos fágos na modelagem da dinâmica populacional bacteriana dentro deste ambiente.
Esquema do design experimental e fluxo de trabalho de análise de dados. (Wu et al., 2023)
Identificação de Infeções no Microbioma do Solo Usando Sequenciação de Metagenoma Hi-C
O estudo resultou em 479 unidades taxonómicas operacionais virais (vOTUs), todas identificadas como fagos. Aproximadamente metade destes vOTUs desafiou a classificação, enquanto o restante foi atribuído à classe Caudoviticetes. Uma árvore viral com três ramos principais retratou eficazmente a similaridade genómica dos vOTUs em cada amostra. Através de Análise metagenómica Hi-CDezassete fagos foram conclusivamente ligados a distintos genomas assemblados de metagenomas bacterianos (MAG) hospedeiros.
Interacções entre fagos do solo e hospedeiros reveladas através de metagenómica Hi-C. (Wu et al., 2023)
Estes fagos associados a hospedeiros constituíram uma parte notável, variando de 5,3% a 15,0%, da abundância total de sequências de fagos observada nas amostras. Além disso, o estudo revelou 124 sequências de espaçadores CRISPR dentro de arranjos CRISPR em MAG, demonstrando correspondências com fagos e revelando 121 junções únicas entre fagos e hospedeiros.
Hi-C e Metatranscriptoma Revelam Mais Lisogenia Após a Secagem do Solo
O estudo comparou os resultados antes e depois de uma incubação de secagem de duas semanas, simulando a secagem de verão típica dos solos de pradaria árida. Os resultados revelaram mudanças significativas na comunidade de fagos do solo devido à secagem do solo, com apenas 18,0% das unidades taxonómicas operacionais virais (vOTUs) detectadas tanto nos solos pré como pós-secação.
Riqueza, abundância e atividades transcripcionais de vOTUs associados ao hospedeiro. (Wu et al., 2023)
O impacto da secagem do solo nas comunidades de fagos associadas a hospedeiros foi notável, como evidenciado por Análise de metagenoma Hi-CO solo após a secagem apresentou uma proporção significativamente maior de vOTUs associados ao hospedeiro em comparação com o solo antes da secagem (p < 0,05). No entanto, a abundância relativa desses vOTUs associados ao hospedeiro não mostrou uma diferença significativa entre os solos antes e após a secagem (p = 0,18).
Dados metatranscriptómicos forneceu informações adicionais, revelando uma percentagem mais elevada de vOTUs associados a hospedeiros que estavam transcricionalmente ativos após a secagem do solo. No entanto, apesar deste aumento, a atividade transcricional média desses vOTUs mostrou uma diminuição após a secagem do solo, como indicado por uma percentagem mais baixa de transcritos alinhados a vOTUs associados a hospedeiros.
Reconstrução Hi-C da Rede de Infeção de Fagos do Solo em Hospedeiros
Genomas montados a partir de metagenomas (MAGs) identificados como hospedeiros de fago através de sequenciação Hi-C abrangeram vários filos bacterianos, incluindo Acidobacteria, Actinobacteria, Chlamydiae, Bacteriófagos, Gemmatimonadota e Proteobacteria. Cada MAG associado a um ou mais fagos formou um grupo de hospedeiros distinto.
No solo pré-secado, dois dos cinco unidades taxonómicas operacionais virais associadas a hospedeiros (vOTUs) estavam ligadas a um único MAG de hospedeiro, enquanto os três vOTUs restantes estavam associados a múltiplos hospedeiros (V1, V2 e V3). Os vOTUs ligados a múltiplos hospedeiros exibiram maior riqueza e abundância em comparação com aqueles ligados a um único hospedeiro. Certos hospedeiros estavam proeminentemente concentrados na rede de coocorrência da comunidade bacteriana, indicando que a infecção por fagos influencia significativamente as interações dentro da comunidade bacteriana do solo.
Rede de infecção fago-hospedeiro e análise de coocorrência da comunidade. (Wu et al., 2023)
A rede de coocorrência da comunidade foi utilizada para identificar membros microbianos com alta centralidade, significando as suas extensas ligações a outras espécies ou as suas posições fundamentais na rede. Os resultados indicaram que os MAGs que servem como hospedeiros de fagos estavam entre os nós mais centrais na rede. Curiosamente, a abundância não se revelou como o principal fator que impulsionava a centralidade na rede de coabundância dos hospedeiros.
A Infecção por Fagos Regula a Dinâmica Populacional do Hospedeiro
O estudo notou um aumento no número médio de cópias virais (VPH) por hospedeiro e uma redução na atividade transcricional viral após uma incubação de duas semanas de secagem do solo, indicando um aumento na infecção lisogénica. Além disso, a secagem do solo induziu alterações na gama de hospedeiros observada para os fagos. Notavelmente, a substancial correlação negativa entre VPH e abundância de hospedeiros antes da secagem implica que o aumento das infecções lisogénicas resulta em maior mortalidade dos hospedeiros, exercendo um impacto negativo na abundância dos hospedeiros.
Referência:
- Wu, R., Davison, M.R., Nelson, W.C. et al. O sequenciamento de metagenomas Hi-C revela interações entre fagos e hospedeiros no solo. Nat Commun 14, 7666 (2023).
Apenas para fins de investigação, não se destina a diagnóstico clínico, tratamento ou avaliações de saúde individuais.
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