Un equipo de científicos dirigido por la Universidad de Maryland ha descifrado el primer genoma completo y continuo de un parásito responsable de transmitir la enfermedad de Lyme y otras infecciones graves a cientos de miles de estadounidenses cada año.
por la Universidad de Maryland
Con su genoma recién descrito para la garrapata de patas negras, o garrapata del venado, los investigadores identificaron miles de nuevos genes y nuevas funciones de proteínas, incluidas proteínas asociadas con la inmunidad a las garrapatas, la transmisión de enfermedades y las etapas de desarrollo.
Este trabajo proporciona información valiosa para desarrollar intervenciones para diversas enfermedades transmitidas por garrapatas, superando con creces los esfuerzos anteriores para secuenciar el genoma de la garrapata , que dieron como resultado genomas parciales o fragmentos de genoma con lagunas e incertidumbres.
El estudio se publicó el 19 de enero de 2023 en la revista Nature Genetics y fue posible gracias a la estrecha colaboración entre múltiples instituciones académicas , la industria y las instituciones federales.
«Estamos realmente emocionados de tener este genoma de referencia ahora, porque hay tantas preguntas sin respuesta sobre cómo evolucionaron estos parásitos y cómo transmiten enfermedades», dijo Utpal Pal, autor principal del estudio y profesor en el Colegio de Medicina Veterinaria de Virginia-Maryland. en el Parque de la Universidad. «Creemos que hay factores genéticos que contribuyen a por qué estas garrapatas son tan buenas como vectores de enfermedades, pero realmente no podemos entenderlo sin un genoma tan bueno como este».
Crédito: Universidad de Maryland
Las garrapatas de patas negras ( Ixodes scapularis ) o especies estrechamente relacionadas están muy extendidas en América del Norte, Europa, África del Norte y Asia. Son los principales vectores de una serie de enfermedades, incluida la enfermedad de Lyme, que infecta a casi medio millón de estadounidenses al año. Sin embargo, muchos aspectos de su biología siguen siendo desconocidos.
Con un genoma completo, los científicos pueden comenzar a desentrañar los mecanismos moleculares detrás de muchos aspectos de la biología del parásito y sus interacciones tanto con los huéspedes como con las enfermedades que transmite.
El genoma de una garrapata de patas negras se compone de más de 2 mil millones de piezas discretas de código de ADN (expresadas como combinaciones de cuatro nucleótidos representados por las letras ATCG). Al igual que las letras que se agrupan para formar palabras en una oración, los códigos de ADN se agrupan en genes que componen el genoma.
El trabajo anterior para descifrar el genoma de la garrapata utilizó muchas garrapatas inmaduras o células de garrapata que se habían cultivado en laboratorios durante varias generaciones, lo que introdujo errores o combinó muestras de varias garrapatas individuales, lo que resultó en paquetes de código fragmentados con muchos fragmentos redundantes. Los investigadores tuvieron que volver a ensamblar los fragmentos, determinando dónde comienza y termina cada gen y cómo deben organizarse.
Para superar estos desafíos, Pal y sus colegas combinaron dos métodos para secuenciar el genoma de una sola garrapata. Un método descifró todo el genoma a la vez, creando una secuencia completa, pero un poco «confusa», lo que significa que el código no estaba claro en muchos lugares. En el segundo método, los investigadores utilizaron una técnica común llamada reacción en cadena de la polimerasa o PCR para «amplificar» pequeños segmentos del genoma para que pudiera leerse con mayor claridad. Luego, el equipo combinó los dos resultados, lo que fue un poco como usar una imagen grande y borrosa como referencia para ensamblar piezas de rompecabezas de alta resolución. Finalmente, los investigadores utilizaron una técnica llamada «Hi-C» para unir pequeños fragmentos de ADN en hilos contiguos más largos.
El resultado es un genoma contiguo de alta calidad que está completo en un 98 %. El nuevo genoma reveló que el 40% de las anotaciones descritas anteriormente para la garrapata de patas negras se basaban en tecnología más antigua y necesitaban una actualización.
A continuación, los investigadores compararon su genoma completo con fragmentos de genomas secuenciados de 51 garrapatas capturadas en la naturaleza, lo que demuestra que el nuevo trabajo podría usarse como referencia para identificar segmentos de material genético de otros individuos. Esto también identificó diversidad genética no reconocida entre grupos de garrapatas de diferentes regiones de los EE. UU.
Finalmente, el equipo analizó su genoma de garrapatas para identificar miles de nuevos genes y proteínas y describir nuevas funciones críticas de esos genes. Por ejemplo, en un experimento, encontraron que algunas proteínas solo estaban presentes durante ciertas fases del ciclo de vida de una garrapata o en etapas específicas durante la digestión y alimentación de sangre de una garrapata. Al eliminar un gen que le dice a las células de la garrapata que produzcan una de esas proteínas, pudieron interrumpir el proceso de alimentación y digestión de la garrapata.
El trabajo futuro como este podría ayudar a orientar las terapias basadas en genes y las vacunas que interrumpen una parte del ciclo de transmisión de enfermedades entre las garrapatas y los humanos.
Un resultado adicional del estudio fue que los investigadores identificaron y describieron un genoma más completo para Rickettsia buchneri , la bacteria patógena que causa la rickettsiosis.
Los recursos genómicos descritos en el documento están disponibles públicamente a través de las principales bases de datos y serán útiles para avanzar en la investigación de garrapatas y las medidas preventivas.
Los coautores del artículo del Programa de Medicina Veterinaria de la Facultad de Agricultura y Recursos Naturales de la Universidad de Maryland son los Profesores Asistentes de Investigación Sandip De y Chrysoula Kitsou. Otros coautores del UMD College of AGNR incluyen: Asistente científico de investigación Vipin S. Rana y Asistente de investigación graduada Shelby D. Foor.
Más información: Utpal Pal, Un genoma de Ixodes scapularis de alta calidad avanza en la ciencia de las garrapatas, Nature Genetics (2023). DOI: 10.1038/s41588-022-01275-w . www.nature.com/articles/s41588-022-01275-w
