Estudio fisiológico y genómico de dos cepas del género Bacillus, aisladas de la microbiota humana Public Deposited
La comunidad microbiana o microbiota del tracto gastrointestinal (TGI) comprende más de 400 especies distintas de bacterias, dentro de ellas 100 billones de bacterias que mantienen una relación simbiótica con beneficios bidireccionales para el ser humano, participando en funciones de nutrición y metabolismo, protección a la invasión de microrganismos patógenos, además de la modulación del sistema inmunológico, entre otros. Recientemente ha llamado la atención la presencia de cepas del género Bacillus aisladas del TGI, debido a que se ha demostrado su presencia y posible interrelación como parte de la microbiota intestinal (MI). En este trabajo se realizó la secuenciación y anotación funcional del genoma de dos cepas del género Bacillus. La cepa de B. pumilus (BP-UAMX) aislada a partir de la MI de individuos obesos, que presentó genomas con un tamaño de 3.8 Mb, un contenido GC 42%, 3,192 CDS, 24 ARNr y 81 ARNt. Además, de una cepa de B. cereus (BCUAMX) aislada a partir de la MI de individuos delgados que presentó un genoma de 6.1Mb, un contenido de GC de 34.95 %, identificándose 6,094 CDS, 42 ARNr y 106 ARNt. Asimismo, se obtuvo el pangenoma para ambas cepas, siendo probablemente cerrado para BP-UAMX y abierto para BC-UAMX. En ambos microorganismos el mayor porcentaje de genes está asociado a funciones generales, al metabolismo de aminoácidos y de carbohidratos. Aunque, se encontró la presencia de genes relacionados a la resistencia a antibióticos betalactámicos y vancomicina. Por otra parte, se evaluó el crecimiento de las cepas bajo diferentes fuentes de carbono, encontrando un mayor crecimiento de BP-UAMX en fuentes de carbono simples como la glucosa y desarrollo en presencia de tributirina. En contraste BC-UAMX presentó un mayor crecimiento particularmente en fuentes complejas como almidón y carboximetilcelulosa pero no creció en presencia de tributirina. Ambas cepas BP-UAMX y BC-UAMX, aisladas del tracto gastrointestinal de personas con sobrepeso y delgados respectivamente mostraron una adaptabilidad a condiciones TGI simuladas, lo que indica que esta cepa de ambas cepas podría sobrevivir en el intestino. Estos hallazgos refuerzan la hipótesis de que miembros de los Bacilos podrían ser miembros de la microbiota colonizadora del TGI. Los datos de la cinética de crecimiento, el perfil de proteínas, la agrupación de genes y la predicción de la ruta metabólica revelaron que ambas cepas de estudio podrían metabolizar fuentes de carbono alternativas, como el almidón, la CMC y los lípidos, que podrían ser de gran importancia en el estudio de la microbiota TGI lo que puede estar relacionado con los efectos de las dietas ricas en grasas en el caso de BPUAMX, ya que la producción de monosacáridos y ácidos grasos de cadena corta (AGCC) derivados del metabolismo de la microbiota TGI puede proporcionar energía adicional al huésped. Además, el huésped tiene beneficios como el control del apetito y de la masa corporal, que proporciona el ácido butírico. Por su parte la mejor adaptación al crecimiento en fuentes de carbono complejas por parte de BCUAMX, se puede deber a la dieta rica en fibra, por lo cual presentaron rutas metabólicas relacionadas al metabolismo de dichas fuentes. Este estudio representó un primer acercamiento a la comprensión de la fisiología de las cepas BP- UAMX y BC-UAMX. Aunque el propósito de este estudio fue evaluar la resistencia de ambas cepas a condiciones gástricas simuladas, la secuenciación genómica y el análisis bioinformático revelaron vías metabólicas alternativas en las que se requieren más estudios.
The microbial community or microbiota of the gastrointestinal tract (GIT) comprises more than 400 different species of bacteria, including 100 billion bacteria that maintain a symbiotic relationship with bidirectional benefits for humans, participating in functions of nutrition and metabolism, protection against the invasion of pathogenic microorganisms, in addition to the modulation of the immune system, among others. Recently, the presence of strains of the Bacillus genus isolated from the GIT has drawn attention, since their presence and possible interrelationship as part of the intestinal microbiota (IM) has been demonstrated. In this work, the sequencing and functional annotation of the genome of two strains of the genus Bacillus was carried out. The B. pumilus strain (BP-UAMX) isolated from the IM of obese individuals, which presented genomes with a size of 3.8 Mb, a GC content of 42%, 3,192 CDS, 24 rRNA and 81 tRNA. In addition, a B. cereus strain (BC-UAMX) isolated from the IM of lean individuals presented a 6.1Mb genome, a GC content of 34.95%, identifying 6,094 CDS, 42 rRNA and 106 tRNA. Likewise, the pan-genome was obtained for both strains, being probably closed for BP-UAMX and open for BC-UAMX. In both microorganisms, the highest percentage of genes is associated with general functions, the metabolism of amino acids and carbohydrates. Although, the presence of genes related to resistance to beta-lactam antibiotics and vancomycin was found. On the other hand, the growth of the strains under different carbon sources was evaluated, finding a greater growth of BP-UAMX in simple carbon sources such as glucose and growth in the presence of tributyrin. In contrast, BC-UAMX showed higher growth, particularly in complex sources such as starch and carboxymethylcellulose, but did not grow in the presence of tributyrin. Both BP-UAMX and BC-UAMX strains, isolated from the gastrointestinal tract of overweight and lean people, respectively, showed an adaptability to simulated GIT conditions, indicating that this strain of both strains could survive in the intestine. These findings reinforce the hypothesis that members of the Bacilli could be members of the colonizing microbiota of the GIT. Growth kinetics, protein profiling, gene clustering, and metabolic pathway prediction data revealed that both study strains could metabolize alternative carbon sources, such as starch, CMC, and lipids, which could be of great importance in the study of the GIT microbiota, which may be related to the effects of high-fat diets in the case of BP-UAMX, since the production of monosaccharides and short-chain fatty acids (SCFA) derived from metabolism of the TGI microbiota can provide additional energy to the host. In addition, the host has benefits such as appetite control and body mass, provided by butyric acid. For its part, the best adaptation to growth in complex carbon sources by BC-UAMX, may be due to the diet rich in fiber, for which they presented metabolic pathways related to the metabolism of said sources. This study represented a first approach to understanding the physiology of the BPUAMX and BC-UAMX strains. Although the purpose of this study was to evaluate the resistance of both strains to simulated gastric conditions, genomic sequencing and bioinformatic analysis revealed alternative metabolic pathways where further study is required.
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