Estructura genética poblacional de la bacteria asociada a caries Streptococcus mutans: ¿clonal o recombinante?

GONZÁLEZ ITTIG RAÚL E., CARLETTO-KÖRBER FABIANA P.M., VERA NOELIA S., JIMÉNEZ MARÍA G., CORNEJO LILA S

Valle Hermoso, Cordoba

Congreso; I Reunión Argentina de Biología Evolutiva; 2015

IntroducciónEn bacterias no se conocen cuáles son los factores que determinan la aparición de un agente patógeno, o por qué cepas no patógenas presentan genes asociados a la virulencia. En estudios genético-poblacionales en bacterias se han detectado tres tipos de estructura: a) clonal, b) recombinante y c) epidémica1. Streptococcus mutans es la principal especie bacteriana asociada a la desmineralización del esmalte, característico en la caries dental. La estructura genética de S. mutans se ha estudiado utilizando la técnica de tipado de secuencia multilocus (MLST). Nakano et al.2 y Lapirattanakul et al.3 concluyeron que la estructura genética era de tipo clonal, mientras que Do et al.4 y Cornejo et al.5 detectaron altos niveles de recombinación. Sin embargo, en dichos estudios se utilizaron diferentes genes y hasta el momento no se han podido realizar estudios genético-poblacionales de forma global. Por ello, el objetivo de este estudio fue analizar la estructura genética de S. mutans, utilizando la técnica de MLST, a través del análisis de secuencias de cepas de Argentina, Japón, Tailandia y Finlandia y así establecer si es clonal o recombinante y además, determinar si la bacteria experimentó un aumento poblacional en los últimos 10.000 años, período en que se produjo el establecimiento de la agricultura y el cambio de dieta hacia alimentos ricos en carbohidratos.Materiales y MétodosSe obtuvieron 40 cepas de S. mutans a partir de saliva estimulada de niños concurrentes a cuatro escuelas de la provincia de Córdoba, Argentina. Este trabajo fue aprobado por el Comité de Ética de la Facultad de Odontología (UNC). De cada cepa se extrajo el ADN y se secuenciaron los siguientes genes: aroE, lepC, gyrA y gltA. Las secuencias se alinearon con aquellas publicadas en GenBank por Nakano et al.2 y Lapirattanakul et al.3 provenientes de cepas de Japón (n=89), Tailandia (n=52) y Finlandia (n=12). La matriz total de ADN estuvo compuesta por secuencias de 193 cepas. Con el fin de determinar si existía evidencia de recombinación o de clonalidad en los genes de S. mutans se realizaron los siguientes análisis estadísticos: a) test de homogeneidad de particiones con PAUP4b10, b) descomposición de árboles genealógicos e índice de homofasia de a pares, ambos con SplitsTree4.0, c) número mínimo de eventos de recombinación con DNAsp5.10, e) índice de asociación IA con START2, f) índice de asociación estandarizado IAS con LIAN3.5, g) la proporción entre recombinación y mutación con ClonalFrame 1.1 y finalmente, h) los 8 test de recombinación de RDP3. Además, se estimó el FST de a pares entre países y se realizaron los análisis de Bayesian Skyline Plot (BSP; para la matriz de 4 genes concatenados) y Extended Bayesian Skyline Plot (EBSP; considerando a los 4 genes como independientes) para estimar los cambios en el tamaño efectivo poblacional en los últimos 10.000 años.Resultados y DiscusiónA partir de las 193 cepas se detectó alta diversidad alélica y muy baja diversidad nucleotídica. De los 137 alelos detectados, sólo 12 fueron compartidos por dos o más países. Los valores de FST entre países fueron relativamente bajos, pero significativos. Es decir, las poblaciones humanas presentan mayoritariamente cepas propias de cada lugar, pero la divergencia genética entre cepas sería muy baja, lo cual sugiere un origen reciente. En general, los análisis estadísticos detectaron recombinación inter-génica y ausencia de dicho mecanismo a nivel intra-gen. Nuestros resultados son concordantes a los de Do et al.4 y Cornejo et al.5 que consideran que la estructura genética de S. mutans es de tipo recombinante. En cuanto a las estimaciones temporales de la variación del tamaño efectivo, los análisis de BSP y de EBSP revelaron un marcado aumento del tamaño efectivo hace aproximadamente 7500 y 5000 años, respectivamente. Estos tiempos coinciden con el momento en que las sociedades cazadoras-recolectoras cambiaron los hábitos alimenticios a dietas ricas en carbohidratos con el establecimiento de la agricultura.5ConclusionesDe acuerdo con nuestros resultados la estructura genética poblacional de S. mutans es de tipo recombinante. Los análisis demográficos apoyan la hipótesis de que esta bacteria experimentó una expansión poblacional en los últimos 10.000 años.AgradecimentosEl estudio fue financiado por la Secretaría de Ciencia y Tecnología (Univ. Nac. Córdoba) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología (Córdoba, Argentina).Bibliografía1Maynard-Smith. J., Smith, N.H., O?Rourke, M. & Spratt, B.G. How clonal are bacteria? Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90, 4384-4388 (1993)2Nakano, K. et al. Streptococcus mutans clonal variation revealed by multilocus sequence typing. J. Clin. Microbiol. 45, 2616-2625 (2007)3Lapirattanakul, J. et al. Multilocus sequence typing analysis of Streptococcus mutans strains with the cnm gene encoding collagen-binding adhesin. J. Med. Microbiol. 60, 1677-1684 (2011)4Do, T. et al. Generation of diversity in Streptococcus mutans genes demonstrated by MLST. PLoS ONE 5:e9073 (2010)5Cornejo, O.E. et al. Evolutionary and population genomics of the cavity causing bacteria Streptococcus mutans. Mol. Biol. Evol. 30, 881-893 (2013)