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Revista argentina de microbiología

versión On-line ISSN 1851-7617

Rev. argent. microbiol. v.38 n.1 Ciudad Autónoma de Buenos Aires ene./mar. 2006

 

Genómica y Proteómica: oportunidades y desafíos para la Microbiología

Marta Mollerach

Cátedra de Microbiología, Facultad de Farmacia y Bioquímica, Universidad de Buenos Aires.
Junín 956 (1113) Ciudad Autónoma de Buenos Aires.
Correspondencia. E-mail: mmollera@ffyb.uba.ar

La Microbiología es, sin duda, una de las áreas de la ciencia que más se han beneficiado con el desarrollo de la genómica y la proteómica, pero paralelamente a las nuevas oportunidades brindadas por los desarrollos tecnológicos recientes, hoy se enfrenta a una serie de desafíos, amenazas y demandas a los que deberá responder. La alarmante reemergencia de ciertas enfermedades infecciosas y la emergencia de nuevos patógenos reclaman un fuerte trabajo interdisciplinario, abordando el problema desde una perspectiva ecológica para lograr su control de manera exitosa. El papel esencial que juegan los microorganismos en el mantenimiento de la vida en la Tierra es claramente comprendido por los microbiólogos, y las aplicaciones posibles en el control de la contaminación y en el reciclaje merecen particular atención. La utilización de los microorganismos a nivel industrial ha sido explotada en la producción de diferentes compuestos químicos, enzimas y antibióticos y se seguirá requiriendo de nuevas aplicaciones y desarrollos biotecnológicos.
En 1995 se publicó la primera secuencia genómica de un organismo vivo, Haemophilus influenzae (2). A partir de ese entonces, la velocidad con la que se fueron secuenciando y publicando los genomas, tanto de organismos procariotas como eucariotas, fue aumentando vertiginosamente. Hasta el momento, la base de datos Genomes OnLine Database (GOLD) (http://www.genomesonline.org) presenta 349 genomas completos publicados, de los cuales 308 corresponden a genomas procariotas, y además se registran 987 proyectos genómicos procariotas en desarrollo. Es así, que hoy en día la secuenciación del genoma de un microorganismo no representa por sí misma un desafío: las tecnologías aplicadas a la secuenciación se han desarrollado de manera considerable y los costos asociados también se han reducido sensiblemente, de manera tal que estas actividades representan hoy en día casi una rutina en los laboratorios donde estos proyectos se desarrollan (4).
A partir de la secuenciación de genomas completos y mediante el desarrollo de la genómica comparativa, se observó que a más de la mitad de los marcos abiertos de lectura no se les ha podido asociar pertenencia a una familia de genes con función conocida, y que alrededor de la cuarta parte de dichas regiones son únicas para esa especie (3). Además, la comparación de genomas completos ofrece una nueva oportunidad para los estudios de evolución. En este sentido, los estudios comparativos de genomas de organismos pertenecientes a los diferentes dominios han confirmado la independencia del linaje Archae y la importancia de la transferencia horizontal de material genético a través de la evolución.
Inicialmente, la genómica microbiana focalizó su interés en el estudio de las secuencias genómicas de microorganismos patógenos, pero luego fueron estudiados otros procariotas cuyo nicho ecológico es esencialmente el medio ambiente. Una de las consecuencias de la llamada "revolución genómica" –iniciada en la década del 90– fue, sin duda, el desarrollo de la bioinformática frente a la urgente necesidad de disponer de herramientas informáticas para organizar, analizar, interpretar y distribuir la información obtenida.
La determinación de las secuencias genómicas es sólo el primer paso; a partir de allí, se ha comenzado a recorrer un camino complejo para llegar a conocer completamente la biología de los microorganismos, y aplicar ese conocimiento para resolver los diferentes desafíos que se plantean en el campo de la Microbiología. Para darle funcionalidad a esa información, y poder aplicarla de manera práctica ha sido necesario entrar en el terreno de la proteómica, es decir en el estudio del conjunto de proteínas que un organismo puede producir. Este término fue acuñado por analogía con el término genómica y la proteómica es frecuentemente considerada como la siguiente etapa, pero a diferencia del paisaje descrito por la genómica que sería relativamente estático, el “paisaje proteómico” difiere de una célula a otra según los diferentes entornos y estadios celulares, y se modifica permanentemente a partir de las interacciones entre el genoma y el ambiente. Entre las técnicas de estudio de proteomas, una de las más tradicionales es la electroforesis de alta resolución en dos dimensiones, que permite detectar miles de proteínas en un gel, localizar, cuantificar y aislar proteínas individuales, examinar los cambios en la expresión de proteínas en respuesta a estímulos o identificar proteínas regulatorias. Otras técnicas de bioquímica y biofísica de proteínas que han sido perfeccionadas en los últimos años, tales como la secuenciación de amino y carboxilo terminal, y la espectrometría de masas, son utilizadas en gran escala en investigación de proteomas microbianos. Otro desarrollo tecnológico que marcó una revolución en la capacidad de adquirir información en el área de la genómica funcional ha sido el de los microarrays o chips de ADN, siendo el estudio de los transcriptomas (perfil de transcritos de la célula) una de sus aplicaciones frecuentes.
Con el objeto de lograr que la gran cantidad de información generada por diversos grupos de investigación que trabajan en proteomas de distintos microorganismos sea accesible a través de internet, se han desarrollado bases de datos interactivas.
Existen importantes desafíos en el área para los próximos años y sin duda la genómica y la proteómica aportarán mucho a nuestro conocimiento sobre los microorganismos, no sólo en lo referente a los agentes patógenos, sino también en relación a sus aplicaciones posibles en beneficio del hombre. En el campo de las enfermedades infecciosas, seguramente se podrá completar la identificación de genes de virulencia, estudiar su expresión en diferentes estadios del proceso infeccioso; así como también se avanzará en los estudios referidos a la respuesta del huésped al patógeno.
Los estudios genómicos están generando importantes avances en los ensayos diagnósticos, desarrollos de nuevos antimicrobianos y vacunas que brinden mayor protección. Particularmente en el área de la prevención, las nuevas estrategias en el diseño de vacunas, sumando aportes desde la genómica, la proteómica y la inmunología computacional, representan una alternativa que ya está en desarrollo y siendo ensayada clínicamente para el caso de Neisseria meningitidis serogrupo B y otros patógenos relevantes (1). El estudio de la biodiversidad microbiana ha entrado también en una nueva era a partir de la metagenómica (análisis genómico de microorganismos sin cultivar). Los estudios de comunidades microbianas por métodos basados en la técnica de enriquecimiento producen de alguna manera resultados sesgados debido a la selección de microorganismos más fácilmente cultivables. En los últimos veinte años, los estudios de comunidades microbianas por métodos independientes del cultivo han generado importante información sobre diversidad (5), y más aún, en los últimos dos años, con la emergencia de la metagenómica se iniciaron proyectos de secuenciación de comunidades (27 proyectos metagenómicos figuran en la base de datos GOLD), y en consecuencia se ha iniciado el desarrollo de la metaproteómica (análisis proteómico de comunidades) que permite abordar de manera novedosa el estudio funcional de los ecosistemas microbianos, lo cual sin duda significa un nuevo potencial para la microbiología ambiental (6). Es de destacar que en nuestro país varios laboratorios han iniciado estudios en estas disciplinas. A nivel regional, se debe mencionar a Brasil como ejemplo, ya que en ese país hermano se realizaron y se realizan las secuencias de varios genomas.
Las consideraciones arriba enumeradas no alcanzan siquiera a ser un breve listado de las demandas que deberá atender la Microbiología en un futuro próximo, aprovechando los últimos avances en genómica y proteómica, pero un objetivo quizás más ambicioso sería que nos invite a reflexionar sobre la importancia de lograr incrementar la atención que merece la investigación microbiológica teniendo en cuenta los beneficios que puede brindar para contribuir al desarrollo humano.

1. De Groot AS, Rappuoli R. Genome-derived vaccines. Expert Rev Vaccines 2004; 1: 59-76.
2. Fleischmann RD, Adams MD, White O, Clayton RA, Kirkness EF, Kerlavage AR, et al. Whole-genome random sequencing and assembly of Haemophilus influenzae. Rd Science 1995; 269: 496-512.
3. Fraser CM, Eisen J, Fleischmann RD, Ketchum KA, Peterson S. Comparative genomics and understanding of microbial biology. Emerg Infect Dis 2000; 5: 505-12.
4. Fraser CM, Eisen JA, Nelson KE, Paulsen IT, Salzberg SL. The value of complete microbial genome sequen-cing (you get what you pay for). J Bacteriol 2002; 184: 6403-5.
5. Schloss PD, Handelsman J. Biotechnological prospects from metagenomics. Curr Opin Biotechnol 2003; 3: 303-10.
6. Wilmes P, Bond PL. Metaproteomics: studying functional gene expression in microbial ecosystems. Trends Microbiol 2006; 2: 92-7.

Recibido: 4/07/05
Aceptado: 9/01/06