Plasticidade dos genomas bacterianos: as maravilhas da transferência horizontal de genes

Nesta sessão, comandada pela Dra. Alessandra Carattoli e pelo Dr. Jacob Moran-Gilad, foi discutida a transferência horizontal de genes e seu poder de disseminar a resistência a antibióticos e fatores de virulência.

Elementos genético móveis em bactérias: não só plasmídeos e transposons
Sally Partridge, Austrália

Elementos genéticos móveis em procariotos (MGEs) podem fazer a transferência horizontal de genes e têm importante papel na evolução das espécies de procariotos, dando a elas vantagens de sobrevivência, diversificação e expansão de nichos pela transferência de funções adaptativas, como a resistência de antibióticos. A MGE é um termo guarda-chuva para uma variedade de elementos estruturais e mecânicos diferentes. Os plasmídeos (replicons que fazem a transferência de genes por meio de conjugação, com comprimento de até 2,5 Mb), elementos integrativos e conjugativos (ICEs, integrados no genoma do hospedeiro e que carreiam um sistema funcional de conjugação para a transferência entre células, com comprimento de 18 a 500 kb) e fagos (partículas virais de 11 a 500 kb que infectam células procarióticas, replicando-se dentro delas, e que são transferidos por transdução) podem fazer a transferência entre células. As sequências de inserção (IS, com comprimento de cerca de 2,5 kb), transposons (com cerca de 5 kb de comprimento) e integrons (com várias kb de comprimento) dependem de outros MGEs para a transferência entre células. Apesar de suas diferenças, todos os MGEs que têm impacto no genoma do hospedeiro compartilham um denominador comum, um gene que codifica uma enzima (uma recombinase, transposase ou nuclease). Essas enzimas são responsáveis pela integração e excisão dos elementos dos IS, transposons, ICEs e fagos, pela aquisição dos cassetes de genes inseridos nos integrons, assim como pela separação e segregação de plasmídeos recém-replicados e cromossomos de fagos.¹

Transferência horizontal de genes e seu papel na disseminação de resistência a antibióticos 
Monika Dolejska, República Tcheca 

A resistência a antibióticos é uma ameaça importante à saúde pública. Sua prevalência disseminada é, em parte, devida à transferência horizontal de genes de resistência a antibióticos, tipicamente mediados por plasmídeos. Muitos desses genes encontrados em patógenos são originários de habitats humanos e animais e do ambiente. Apesar das evidências de que os plasmídeos mobilizam os genes de resistência a antibióticos, as vias ecológicas e evolutivas que facilitam a emergência de multirresistência em patógenos clínicos ainda não são bem compreendidas. O conceito holístico de Saúde Única (One Health) permite a exploração dessas lacunas de conhecimento.² Os plasmídeos do tipo IncL, carreando o gene que codifica OXA-48, são descritos no mundo todo em Enterobacteralese. OXA-48 foi anteriormente associado a isolados humanos, mas há relatos crescentes de seu gene inserido em plasmídeos IncL isolados de animais de companhia e na cadeia alimentar. Por outro lado, os plasmídeos IncI são descritos como carreadores do gene codificador de CTX-M-1 em cepas de E. coli isoladas de fontes animais, como frangos, porcos e gado. O gene blaCTX-M-1 inserido em plasmídeos IncI tem sido associado com os clones de E. coli ST10, ST58 e ST117 e com o clone disseminado internacionalmente ST131,12,51, todos potenciais fontes de troca de genes de resistência entre comunidades de E. coli animais e humanas.³

Soluções de bioinformática para a caracterização de plasmídeos 
George Bouras, Austrália 

Melhorias na precisão e disponibilidade do sequenciamento de transcritos longos faz com que os genomas bacterianos possam hoje ser reconstruídos de forma rotineira usando estratégias híbridas de montagem (isto é, com transcritos longos e curtos). Os genomas completos permitem a compreensão mais profunda da evolução bacteriana e a variação genômica além das variantes de um único nucleotídeo. Elas também são cruciais para a identificação de plasmídeos, que geralmente carreiam genes significativos de resistência bacteriana. Entretanto, plasmídeos pequenos são geralmente perdidos ou montados de forma errônea por algoritmos de montagem de transcritos longos. Discutiu-se a ferramenta Hybracter, que permite a recuperação rápida, automática e em larga escala de genomas bacterianos quase perfeitamente completos por meio de uma abordagem de montagem de transcritos longos ou híbrida, sendo mais preciso e rápido que o padrão-ouro, Unicycler, que um processo de montagem híbrido.⁴ 

Desafios do rastreio de elementos genéticos móveis com sequenciamento de genoma completo 
Henrik Hasman, Dinamarca

Existem várias ferramentas para identificar as inserções de MGEs. Por exemplo, ferramentas de alinhamento de genoma completo podem identificar grandes inserções. Outras ferramentas se concentram particularmente nas IS, porque, pela sua natureza repetitiva, elas não são adequadamente montadas no genoma rascunho. Embora essas ferramentas sejam úteis, as abordagens de alinhamento de genoma completo não identificam elementos repetitivos no genoma rascunho, e as ferramentas usadas para a identificação de inserções de elementos repetitivos geralmente dependem da homologia com MGEs conhecidos ou necessitam de genomas de referência.⁵

Referências 
1. Khedkar S, Smyshlyaev G, Letunic I, Maistrenko OM, Coelho LP, Orakov A, et al. Landscape of mobile genetic elements and their antibiotic resistance cargo in prokaryotic genomes. Nucleic Acids Res. 2022 Apr 8;50(6):3155-68. 
2. Castañeda-Barba S, Top EM, Stalder T. Plasmids, a molecular cornerstone of antimicrobial resistance in the One Health era. Nat Rev Microbiol. 2024 Jan;22(1):18-32. 
3. Raro OHF, Poirel L, Tocco M, Nordmann P. Impact of veterinary antibiotics on plasmid-encoded antibiotic resistance transfer. J Antimicrob Chemother. 2023 Sep 5;78(9):2209-16. 
4. Bouras G, Houtak G, Wick RR, Mallawaarachchi V, Roach MJ, Papudeshi B, et al. Hybracter: Enabling Scalable, Automated, Complete and Accurate Bacterial Genome Assemblies. bioRxiv [Preprint]. 2024 Apr 11:2023.12.12.571215. 
5. Durrant MG, Li MM, Siranosian BA, Montgomery SB, Bhatt AS. A Bioinformatic Analysis of Integrative Mobile Genetic Elements Highlights Their Role in Bacterial Adaptation. Cell Host Microbe. 2020 Nov 11;28(5):767. 

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