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mayo 20, 2022

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Secuenciación del genoma asequible para el análisis de patógenos a fin de ayudar a abordar las epidemias mundiales

Secuenciación del genoma asequible para el análisis de patógenos a fin de ayudar a abordar las epidemias mundiales
La nueva tubería de patógenos bacterianos hace que la secuenciación del genoma completo sea accesible para los científicos de salud pública en todo el mundo. Crédito: Instituto Earlham

Un consorcio mundial de científicos, liderado por el Instituto Earlham y la Universidad de Liverpool en el Reino Unido, marca un hito significativo en el equipamiento de investigadores de países de ingresos bajos y medianos (PIBM) con métodos baratos y accesibles para secuenciar grandes colecciones de patógenos bacterianos. —A un costo de menos de $ 10 USD por genoma.


por Earlham Institute


En un momento en el que la vigilancia genómica mundial del coronavirus ha estado en el centro de atención, la capacidad de los países para contribuir a través de la secuenciación rápida y de bajo costo del genoma completo (WGS) se ha vuelto cada vez más importante. Los métodos publicados en Genome Biology se pueden aplicar a grandes colecciones de patógenos bacterianos y fortalecerán las colaboraciones de investigación global para abordar futuras pandemias.

Durante la última década, WGS ha revolucionado la comprensión de las epidemias microbianas. Los datos de WGS se pueden utilizar para la vigilancia, la genómica funcional y la exploración de la evolución de patógenos, lo que incita a los científicos de investigación y de salud pública a adoptar enfoques basados ​​en el genoma.

La secuenciación del genoma de miles de microorganismos ha seguido siendo costosa, en gran parte debido a los costos asociados con el transporte de muestras y la construcción de bibliotecas de ADN, mientras que la necesidad de secuenciar el genoma de las colecciones de patógenos clave ha crecido sustancialmente en los últimos años.

Hasta ahora, los proyectos de genoma bacteriano a gran escala solo podían realizarse en un puñado de centros de secuenciación en todo el mundo. Con este estudio, el equipo de científicos ha conseguido hacer accesible esta tecnología a los laboratorios de todo el mundo.

«Han pasado 26 años desde que se secuenció el primer genoma bacteriano, y ahora es posible secuenciar los aislamientos bacterianos a escala. Sin embargo, el acceso a esta tecnología revolucionaria para los científicos de países de ingresos bajos y medianos ha permanecido restringido», dijo. autor del estudio y director del Instituto Earlham, Prof Neil Hall.

«La necesidad de ‘democratizar’ el campo del análisis genómico de patógenos nos llevó a desarrollar una nueva estrategia para secuenciar miles de aislamientos bacterianos con colaboradores basados ​​en muchos países con desafíos económicos».

10k cepas de Salmonella

Centrándose en el organismo Salmonella enterica , un patógeno de importancia mundial que causa infecciones y enfermedades mortales , esta iniciativa de secuenciación genómica a gran escala fue dirigida por el consorcio mundial de investigación de 10.000 genomas de Salmonella (10KSG) con científicos de 16 países.

Los objetivos de 10KSG son hacer que los datos genómicos sean más accesibles para los países de ingresos bajos y medianos, especialmente porque las tasas de mortalidad por Salmonella en el África subsahariana son excepcionalmente altas. Era imperativo comprender la composición genética de colecciones importantes de tales cepas de bacterias, y el proyecto secuenció y analizó 10.000 genomas de Salmonella de África y América Latina.

El innovador enfoque de WGS del investigador tenía como objetivo agilizar la adquisición a gran escala y la secuenciación del genoma de bacterias, y acumuló el material genético de más de 10,400 cepas bacterianas clínicas y ambientales de PIBM en menos de un año.

La tubería de logística de muestra, desarrollada por la Universidad de Liverpool, se optimizó enviando los aislados bacterianos inactivados por calor como ‘termolizados’ en condiciones ambientales de todo el mundo al Reino Unido. Posteriormente, los aislamientos se secuenciaron en el Instituto Earlham utilizando el protocolo exclusivo LITE, un método automatizado de bajo costo y bajo ingreso para la secuenciación rápida del genoma. En total, la construcción de la biblioteca de genes y el análisis bioinformático de secuenciación de ADN se realizaron con un costo total de reactivo de menos de USD $ 10 (alrededor de £ 7.50GBP) por genoma.

El profesor de patogénesis microbiana y autor del estudio Jay Hinton de la Universidad de Liverpool, dijo: «Uno de los desafíos más importantes que enfrentan los investigadores de salud pública en los países de LMI es el acceso a tecnología de punta. Para una combinación de logística y economía Por este motivo, las regiones asociadas con la mayor carga de enfermedades bacterianas graves no se han beneficiado de la disponibilidad generalizada de WGS. El proyecto de 10.000 genomas de Salmonella fue diseñado para comenzar a abordar esta desigualdad «.

La Dra. Blanca Pérez Sepúlveda, Investigadora Asociada Postdoctoral y autora del estudio de la Universidad de Liverpool, quien dirigió la recolección, optimización y análisis de muestras globales, agregó: «La adopción de la secuenciación del genoma a gran escala y el análisis de patógenos bacterianos será un activo enorme. a la salud pública y la vigilancia en los países de LMI. Aquí, hemos establecido una tubería eficiente y relativamente económica para la recolección y secuenciación mundial de genomas bacterianos «.

Bacterias mortales

La Salmonella no tifoidea (NTS) se ha asociado ampliamente con la enterocolitis en humanos, una enfermedad zoonótica que está relacionada con la industrialización de la producción de alimentos. Debido a la escala de casos humanos de enterocolitis y las preocupaciones relacionadas con la seguridad alimentaria, se han generado más secuencias genómicas para Salmonella que para cualquier otro género.

En los últimos años, los nuevos linajes de las serovares Typhimurium y Enteritidis de NTS han sido reconocidos como causas comunes de infecciones invasivas del torrente sanguíneo (enfermedad iNTS), responsables de alrededor de 77,000 muertes por año en todo el mundo.

Aproximadamente el 80 por ciento de las muertes por enfermedades iNTS ocurren en África subsahariana. Los nuevos linajes de Salmonella responsables de las infecciones del torrente sanguíneo pueden identificarse mediante genómica, debido a la degradación de genes, repertorios de profagos alterados y nuevos plásmidos resistentes a múltiples fármacos.

El profesor Neil Hall, agregó: «El número de genomas de Salmonella secuenciados disponibles públicamente llegó a 350.000 en 2021 y están disponibles en varios repositorios en línea. Sin embargo, se ha realizado una vigilancia limitada basada en el genoma de las infecciones por Salmonella en países LMI, y el conjunto de datos existente sí lo hizo. no representan con precisión los patógenos de Salmonella que actualmente están causando enfermedades en todo el mundo «.

Pipeline global

El Dr. Darren Heavens, científico postdoctoral en el Instituto Earlham, quien desarrolló el proceso de secuenciación del genoma completo, dijo: «Vimos la necesidad de simplificar y expandir la vigilancia basada en el genoma de las salmonelas de África y otras partes del mundo, involucrando aislamientos asociados con enfermedad invasiva y gastroenteritis en humanos, y extendiéndose a bacterias derivadas de animales y del medio ambiente.

«Nuestra cartera representa una herramienta rentable y robusta para generar datos genómicos bacterianos de países LMI, para permitir la investigación de la epidemiología, la resistencia a los medicamentos y los factores de virulencia de los aislamientos».

Desarrollo del consorcio global 10KSG que involucró a colaboradores de 25 instituciones, laboratorios de investigación y referencia en 16 países. Los miembros del 10KSG proporcionaron acceso a 10,419 aislamientos bacterianos provenientes de 51 países de ingresos bajos y medianos y regiones, que cubren siete géneros bacterianos: Acinetobacter, Enterobacter, Klebsiella, Pseudomonas, Shigella y Staphylococcus, coordinando la recolección de muestras y el transporte de materiales que se secuenciarán en el Reino Unido.

«Los recursos de financiación limitados nos llevaron a diseñar un enfoque genómico que aseguraba un seguimiento preciso de las muestras y capturaba metadatos completos para los aislados bacterianos individuales, manteniendo los costos al mínimo para el Consorcio», dijo el profesor Hall. «La tubería agilizó la recolección y secuenciación a gran escala de muestras de PIBM. Un factor clave fue facilitar el acceso a WGS y permitir un esfuerzo de colaboración mundial para generar un conjunto de datos genómicos notablemente informativo y sólido».

El artículo «Un enfoque accesible, eficiente y global para la secuenciación a gran escala de genomas bacterianos» se publica en Genome Biology .



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