Characterization and genome analyses of Bdellovibrio strains isolated from different environmental sources in Reynosa, Tamaulipas, Mexico

Abstract

Las especies del género Bdellovibrio corresponde a pequeñas bacterias gram negativas de 0.2-0.5μm × 0.5-2.5μm, uniflageladas, móviles, atacan e hidrolizan los componentes celulares de otras bacterias gram-negativas utilizando los nutrientes derivados del proceso de digestión para el crecimiento y la reproducción. Las características depredadoras de Bdellovibrio spp. las convierte en una herramienta de biocontrol útil en áreas como: medicina, acuicultura, ganadería, industria alimenticia y horticultura. Sin embargo, a pesar de las numerosas investigaciones sobre esta bacteria benéfica, hay una escasez de información sobre Bdellovibrio spp en México. Por lo tanto, esta investigación se enfocó en el aislamiento, caracterización y análisis del genoma de cepas de Bdellovibrio provenientes de suelos y aguas residuales del municipio de Reynosa, Tamaulipas, México para entender el estilo de vida de Bdellovibrio spp y emplearla como agente de biocontrol. Se aislaron cinco cepas de Bdellovibrio spp, presentes en muestras de suelo, mediante la técnica de cultivo dependiente y empleando a tres miembros de la familia Enterobacteriaceae (Klebsiella sp., Salmonella sp. y Citrobacter freundii ATCC 8090) como presa. Las cepas de Bdellovibrio aisladas son gram-negativas, bacteriolíticas, formadoras de placas y altamente móviles. Las cepas de Bdellovibrio se identificaron y confirmaron mediante microscopía, amplificación por PCR del locus ‘hit’ y con secuenciación del gen 16S rRNA. Se determinó que eran diferentes cepas basadas el locus ‘hit’ y con el análisis de amplitud de presas. Toda esta información confirma las investigaciones anteriores que describen el comportamiento heterogéneo de las poblaciones de Bdellovibrio spp, por lo que es necesario identificar la diversidad de las cepas. El segundo objetivo de este estudio, se enfocó en aislar el fenotipo con crecimiento independiente de presa, “host independent”, de las cepas de Bdellovibrio utilizando tres métodos diferentes descritos en la literatura, sin embargo, no se aislaron con éxito. Así, las colonias bacterianas aisladas con estos métodos se asemejaban fenotípicamente a las cepas de Bdellovibrio con crecimiento independiente descritas en la literatura, pero resultaron negativas para la caracterización y confirmación por PCR del gen 16S rRNA y del locus ‘hit’. Este resultado interrumpió el estudio de las características bioquímicas de estas cepas. A través de la secuenciación del genoma completo y los estudios comparativos del mismo, se puede proporcionar información acerca de la naturaleza depredadora de Bdellovibrio spp, como su adaptación ecológica y, al mismo tiempo, ayudar con éxito en su uso como control biológico contra patógenos. Se secuenció el genoma de dos aislados independientes de Bdellovibrio spp (SKB1291214 y SSB218315) mediante secuenciación de siguiente generación tipo Illumina. El genoma completo de B. bacteriovorus SSB218315 arrojó un tamaño de genoma de 3,769,537 pb y un contenido GC de 50.5%, mientras que el borrador final del genoma de Bdellovibrio spp. SKB1291214 tiene un tamaño de 3,724,490 pb, conformado por 20 contigs y un contenido GC del 44.8%. Los factores genéticos encontrados que pueden ayudar en la depredación de Bdellovibrio spp. se incluyen: el flagelo, pili tipo IV, quimiotaxis, factores asociados a toxinas y un buen número de enzimas degradativas. El análisis comparativo de genomas basado en la identidad de aminoácidos (AAI) y secuencia del gen 16S rRNA reveló la relación genómica entre las cepas del estudio y otros 7 genomas depositados en la base de datos NCBI. Las cepas de Bdellovibrio aisladas mostraron diferencias basadas en la secuencia del gen 16S rRNA con Bdellovibrio spp compartiendo una similitud del 99% con una cepa no cultivable de Bdellovibrio sp 12L 106 (distancia entre parejas de 0,008) y una identidad de 95-97% (distancia entre parejas de 0,043) con otras cepas cultivables de Bdellovibrio spp, incluyendo la cepa SSB218315. Bdellovibrio sp. SKB1291214 presentó un AAI bajo con otras cepas (63.7 – 67.68 %) mientras que B. bacteriovorus SSB218315 compartió una alta identidad de aminoácidos (95 %) con cepas de B. bacteriovorus HD100, Tiberius y 109J. Por lo tanto, tomando en cuenta el porcentaje de contenido de GC, el patrón de agrupación de árboles filogenéticos y el valor de AAI, la cepa SKB1291214 podría ser una nueva especie. Además, Bdellovibrio sp. SKB1291214 también poseyó 30 grupos de genes únicos, algunos de los cuales podrían haber sido adquiridos a través de la transferencia horizontal de genes. Además, las variaciones en la secuencia del gen Bd0108, el cual está relacionado a la adherencia, ataque e invasión de la presa, como el establecimiento del fenotipo de crecimiento independiente de presa observados en Bdellovibrio sp. SKB1291214 puede ser un factor responsable de la reducción de su capacidad depredadora en comparación con la cepa SSB218315. Estos estudios del genoma proporcionan información que puede ayudar a la aplicación de Bdellovibrio spp. como un agente de control biológico.