Avances en la tecnología de secuenciación para rastrear Listeria

El secuenciado del genoma completo es un método poderoso que se usa para analizar el material genético de los organismos, incluyendo bacterias dañinas. Es crucial para entender y rastrear la propagación de enfermedades, especialmente las enfermedades transmitidas por alimentos causadas por bacterias como Listeria Monocytogenes. Este patógeno representa una amenaza significativa para la salud humana y puede provocar enfermedades graves e incluso la muerte.

#El papel de la tecnología de secuenciación

Los laboratorios de salud pública usan principalmente la secuenciación de lecturas cortas de Illumina para sus estudios genéticos. Sin embargo, un método más nuevo llamado Tecnología Oxford Nanopore (ONT) ha estado ganando atención. ONT ofrece varios beneficios, como ser más rentable, más fácil de usar y capaz de entregar resultados en tiempo real. También proporciona fragmentos más largos de Datos Genéticos, lo cual puede ser útil para identificar genes importantes en cepas bacterianas.

A pesar de estas ventajas, ONT ha enfrentado desafíos, especialmente con tasas de error más altas en sus lecturas. Esto es especialmente cierto para regiones específicas del ADN bacteriano conocidas como homopolímeros y sitios metilados. La secuenciación precisa es vital para diferenciar entre cepas bacterianas estrechamente relacionadas, y los errores pueden llevar a conclusiones incorrectas sobre su relación.

Recientemente, ha habido mejoras en la tecnología ONT, haciéndola más confiable para estudios en salud pública, especialmente en el seguimiento de patógenos.

#Entendiendo Listeria monocytogenes

Listeria monocytogenes es un tipo de bacteria que se encuentra en alimentos contaminados. Puede causar enfermedades graves, especialmente en poblaciones vulnerables como mujeres embarazadas, recién nacidos, ancianos y personas con sistemas inmunológicos debilitados. Por lo tanto, identificar y rastrear rápidamente estas bacterias es esencial para prevenir brotes y controlar su propagación.

Listeria se clasifica en cuatro linajes principales, pero los linajes I y II son los más relevantes para la salud pública y la seguridad alimentaria. Diferentes cepas de Listeria a menudo llevan características genéticas únicas que pueden ayudar a identificar sus orígenes y los riesgos potenciales involucrados.

Una de las defensas que algunas bacterias tienen contra ataques virales involucra metiltransferasas. Estas enzimas pueden unir grupos metilo al ADN, lo que puede afectar cómo se lee e interpreta ese ADN mediante tecnologías de secuenciación. Si bien ONT permite detectar estas modificaciones, a veces pueden provocar errores en los datos de secuenciación.

#Objetivo del estudio

El objetivo del estudio fue determinar si ONT podría proporcionar datos genéticos de alta calidad para Listeria monocytogenes que pudieran ser útiles para rastrear de dónde provienen los brotes. Para lograr esto, los investigadores secuenciaron un total de 78 aislamientos de Listeria monocytogenes, eligiendo muestras con características genéticas diversas.

#Selección de muestras bacterianas

El Centro Nacional de Referencia Suizo para Bacterias Enteropatógenas y Listeria recoge y analiza rutinariamente aislamientos de Listeria de fuentes clínicas y ambientales. Para este estudio, los científicos seleccionaron 78 muestras que ya tenían datos de secuenciación de Illumina para comparar los resultados.

Estas incluían un grupo diverso de aislamientos que representaban diferentes linajes de Listeria monocytogenes, con un enfoque en linajes especialmente significativos en seguridad alimentaria. Ciertos clones asociados con brotes también se incluyeron para un análisis más detallado de su composición genética.

#Cómo se realizó la secuenciación

Para la secuenciación tradicional de Illumina, los investigadores aislaron ADN de las muestras bacterianas utilizando kits de extracción específicos. Prepararon bibliotecas de ADN y realizaron la secuenciación utilizando un método que genera lecturas de extremos pareados para mejor precisión.

Para la secuenciación ONT, se utilizó un método de extracción diferente, seguido de la preparación de bibliotecas diseñadas específicamente para la tecnología ONT. Este método se completó con un enfoque en obtener alta cobertura para asegurar datos confiables.

#Análisis de los datos

Una vez completada la secuenciación, los investigadores procesaron los datos utilizando varias herramientas de bioinformática para limpiar y ensamblar la información genética. Este paso implicó eliminar lecturas de baja calidad y organizar las secuencias en ensamblajes completos para análisis.

Para los datos de ONT, se tomaron varios enfoques para asegurar la precisión, incluyendo la comparación de resultados con los ensamblajes de Illumina. Los investigadores buscaron errores en los datos de ONT, enfocándose en distinguir entre llamadas correctas e incorrectas relacionadas con las secuencias de ADN.

#Asegurando alta precisión

Los hallazgos indicaron que los ensamblajes de ONT podrían igualar a los ensamblajes de Illumina en precisión cuando se empleaban métodos adecuados. Al usar modelos de basecalling específicos y estrategias de pulido, la mayoría de los ensamblajes de ONT pudieron ofrecer resultados de alta calidad con errores mínimos.

Sin embargo, algunos ensamblajes de menor calidad mostraron errores significativos, a menudo relacionados con secuencias de genes específicas afectadas por la Metilación. Esto resalta el desafío que enfrentan los investigadores para obtener datos genéticos confiables de ONT cuando están presentes ciertas modificaciones genéticas.

#Análisis de errores y agrupamiento

Al examinar el impacto de las inexactitudes en el análisis del genoma central, se encontró que la mayoría de los ensamblajes solo de ONT coincidían estrechamente con sus contrapartes de Illumina. Sin embargo, en algunos casos, especialmente aquellos vinculados a clones específicos de Listeria que portan características genéticas particulares, los desajustes en las llamadas alélicas podrían llevar a interpretaciones erróneas sobre la relación bacteriana.

Por ejemplo, ciertos aislamientos de Listeria de fuentes alimentarias que se sabía que se agrupaban en función de datos anteriores mostraron discrepancias en los datos de ONT. Estas diferencias podrían afectar cómo se rastrean y entienden los brotes, enfatizando la importancia de una secuenciación precisa.

#Desafíos con la metilación

El estudio también subrayó los problemas causados por la metilación en los datos de secuenciación. Las bacterias a menudo utilizan la metilación para protegerse contra el ADN extraño, pero esto también puede complicar los esfuerzos de secuenciación. Algunas bacterias en el estudio llevaban metiltransferasas que apuntan a secuencias específicas de ADN, lo que lleva a tasas de error más altas en esas áreas.

La investigación indica que ciertas características genéticas, particularmente aquellas relacionadas con la metilación, pueden introducir desafíos en el proceso de secuenciación. Mejorar las técnicas de secuenciación o utilizar métodos de análisis modificados podría ayudar a abordar estos problemas en el futuro.

#Conclusión

En resumen, la secuenciación ONT ha mostrado promesas en la generación de datos genéticos de alta calidad para Listeria monocytogenes. Aunque no es perfecta y tiene margen de mejora, representa un avance importante en el rastreo y prevención de brotes bacterianos. A medida que los investigadores continúan refinando la tecnología y los métodos de secuenciación, la esperanza es lograr una mayor precisión, lo cual es esencial para la salud pública y la seguridad alimentaria.

Este estudio destaca la importancia de los esfuerzos continuos para mejorar la tecnología de secuenciación y abordar los desafíos que surgen de la genética bacteriana. Los hallazgos subrayan la necesidad de seguir investigando e innovando en la epidemiología genómica para mejorar nuestra capacidad de monitorear y controlar eficazmente las enfermedades transmitidas por alimentos.