Técnicas de Sequenciação na Identificação de Genes de Virulência Bacteriana

Desvendar os segredos dos genes de virulência bacteriana está no cerne da compreensão da patogénese bacteriana, abrangendo as complexidades da infeção do hospedeiro, da evasão imunitária e da disseminação do patógeno. Neste artigo, exploramos a vanguarda da investigação científica para apresentar técnicas e métodos avançados que capacitam os investigadores a obter uma compreensão mais profunda e precisa dos genes de virulência bacteriana.

Sequenciação do Genoma Completo e Análise de Virulência

Sequenciação do genoma completo surgiu como uma ferramenta indispensável para o discernimento de genes de virulência bacteriana. Ao realizar sequenciação em alta capacidade do genoma completo de uma bactéria, os cientistas podem aceder a informações genéticas intrincadas, incluindo potenciais determinantes de virulência. Este reservatório de dados não só ajuda na previsão de resistência a medicamentos e virulência, mas também facilita a identificação e análise da distribuição de genes de virulência.

No entanto, o sequenciamento genómico completo padrão frequentemente utiliza uma estratégia de baixa profundidade, proporcionando apenas uma visão superficial dos genomas de microrganismos patogénicos presentes na maioria das amostras clínicas. Esta limitação torna necessária a adoção de sequenciação de alta profundidade para aumentar a cobertura, garantindo a deteção de todos os genes de virulência latentes.

Um estudo revelou a base genética para a resistência a antibióticos e hipervirulência em Aeromonas veronii XhG1.2 através de sequenciação do genoma completo. E para confirmar a identidade de XhG1.2, os investigadores realizaram uma análise da sequência do rDNA 16S e sequenciação do genoma completo, alinhando-a dentro do Aeromonas veronii espécies. Usando a Base de Dados de Fatores de Virulência (VFDB), identificaram genes de virulência, incluindo aerolysina, RtxA, T2SS, T3SSe T6SSEstes fatores significam a capacidade do XhG1.2 de causar infeções graves. Sabe-se que estes fatores desempenham papéis fundamentais na patogenicidade de várias espécies bacterianas. A presença destes genes de virulência sublinha o potencial do XhG1.2 para causar infeções graves em organismos hospedeiros.

Igualmente preocupante foi a previsão de genes de resistência a antibióticos em XhG1.2, conforme revelado pela análise do Comprehensive Antibiotic Resistance Database (CARD). Entre os genes de resistência identificados estavam CephA3, OXA-12, adeFe pulvomicina genes de resistência. Estes genes significam a capacidade do XhG1.2 de resistir a vários antibióticos, tornando-o potencialmente um adversário formidável no contexto da terapia antimicrobiana.

Análise filogenética dos fatores de virulência de XhG1.2 juntamente com sequências de bases de dados. (Das et al., 2021)

Sequenciação Metagenómica e Cobertura Melhorada

Além da sequenciação do genoma completo, sequenciação metagenómica desempenha um papel vital na decifração das complexas paisagens genéticas dentro das comunidades microbianas. No entanto, o sequenciamento de metagenomas geralmente utiliza uma estratégia de sequenciamento de baixa profundidade, resultando em apenas cerca de 0,5 vezes a cobertura de microrganismos patogénicos na maioria das amostras clínicas, limitando assim a deteção precisa de genes de virulência.

Para superar este desafio, os investigadores podem considerar a adoção de sequenciação metagenómica de alta profundidade. Ao implementar esta abordagem, podem melhorar significativamente a cobertura, garantindo que mesmo os genes de virulência mais elusivos não sejam negligenciados. Sequenciação metagenómica de alta profundidade fornece uma visão mais abrangente da composição genética de populações microbianas complexas, permitindo a identificação precisa de fatores de virulência e as suas potenciais contribuições para a patogenicidade.

Aplicações da Genómica Comparativa

A genómica comparativa é uma abordagem poderosa, permitindo a identificação de fatores de virulência através da análise de sequências de DNA em diferentes estirpes bacterianas a uma escala genómica. Este método capacita-nos a identificar genes partilhados associados à patogenicidade, ao mesmo tempo que filtra eficazmente os genes ligados à não patogenicidade.

Além disso, a genómica comparativa pode revelar alterações nas sequências promotoras que desencadeiam mudanças nos padrões de expressão génica, reforçando, em última análise, a virulência bacteriana. Investigar essas modificações de sequência permite aos cientistas obter insights profundos sobre as adaptações bacterianas em diversos ambientes hospedeiros.

No caso mencionado anteriormente, análises filogenéticas e genómicas comparativas solidificaram ainda mais as suas descobertas. Eles descobriram que A. veronii a espécie à qual XhG1.2 pertence, partilhou genes comuns associados à produção de toxinas. Isto não apenas reafirmou a natureza patogénica de A. veronii XhG1.2, mas também destacou as implicações mais amplas do potencial desta estirpe para causar doenças numa ampla variedade de peixes ornamentais.

Representação em mapa de calor de dados genómicos comparativos de Aeromonas veronii contra A. hydrophilae A. salmonicida. A. veronii XhG O genoma 1.2 está assinalado sob a caixa vermelha. (Das et al., 2021)

Ensaios de Virulência

Os ensaios de virulência representam um passo fundamental na busca por genes de virulência bacteriana. Estas metodologias permitem-nos avaliar o comportamento bacteriano no ambiente de células hospedeiras infectadas. Tipicamente, são utilizados modelos celulares e animais para simular o processo de infeção e avaliar o impacto dos genes de virulência.

Dentro dos modelos celulares, métricas como a capacidade da bactéria de infectar células hospedeiras, taxas de replicação intracelular e citotoxicidade podem ser quantificadas com precisão. Esta riqueza de dados permite a determinação dos efeitos de virulência de genes específicos. Entretanto, os modelos animais facilitam o estudo de vários aspectos biológicos das infeções bacterianas, incluindo a progressão da doença, sinais clínicos e patogenicidade.

Integração de Diferentes Métodos

É crucial sublinhar que a virulência bacteriana é uma interação complexa de múltiplos genes, em vez de ser o resultado da ação de um único gene. Assim, a integração harmoniosa do sequenciamento de genoma completo, genómica comparativa e ensaios de virulência surge como a estratégia mais eficaz para identificar genes de virulência bacteriana. Esta abordagem holística oferece uma compreensão abrangente da natureza e funções dos fatores de virulência, estabelecendo uma base sólida para o desenvolvimento de estratégias antimicrobianas e terapêuticas.

Fluxo de trabalho para demonstrar múltiplos fatores de virulência através de sequenciação. (Das et al., 2021)

Conclusão

A identificação de genes de virulência bacteriana é um esforço de pesquisa fundamental nos domínios da bacteriologia e da biomedicina. Através da adoção de tecnologias de ponta e metodologias inovadoras, os cientistas estão prontos para aprofundar-se nas funções e mecanismos dos genes de virulência, proporcionando um apoio inestimável para a terapia antibacteriana e o controlo de infeções. À medida que os avanços tecnológicos continuam a desenrolar-se, uma compreensão profunda dos mecanismos de virulência bacteriana promete trazer descobertas revolucionárias no campo da saúde e da pesquisa médica.

Referência:

1. Das, Soumya, et al. "Sequenciação e anotação do genoma de Aeromonas veronii XhG1.2 multivirulento isolado de Xiphophorus hellerii doente." Genómica 113.1 (2021): 991-998.