Minería de datos genómicos para exploración - descubrimiento de metabolitos y enzimas de interés biotecnológico de especies bacterianas termófilas y halófilas aisladas de hábitats naturales colombianos.

Los microorganismos son la principal fuente de metabolitos y biocatalizadores de interés industrial debido principalmente a su versatilidad bioquímica y metabólica, que les ha permitido colonizar todos los hábitats de la Tierra y que se traduce en un amplio potencial de producción de diversos compuestos químicos, para un espectro diverso de aplicaciones (Timmis et al., 2014). Pero existen limitaciones para identificar nuevos metabolitos, por ejemplo el continuo re-aislamiento de microorganismos ya estudiados, aislándose los mismos compuestos una y otra vez (Gontang et al., 2010). Además en muchos casos, las investigaciones giran alrededor de un limitado número de especies (Tracy et al., 2012). Estas limitaciones pueden superarse utilizando dos enfoques. Un primer enfoque es el denominado independiente de cultivo, referido a la metagenómica (Kaul & Asano, 2012) y más recientemente a la Genómica de célula única o Single Cell Genomics (Rinke et al., 2013). El otro es dependiente de cultivo, basado en el desarrollo de estrategias eficaces de aislamiento de nuevas especies microbianas que potencialmente sintetizan metabolitos aún no identificados, pero cuyo potencial se desconoce. Utilizando ambos enfoques se pueden evaluar grupos de genes involucrados en la biosíntesis de metabolitos secundarios, detectar los mecanismos de biosíntesis, y hacer expresión heteróloga de metabolitos de organismos (no cultivados o cultivados). Del enfoque dependiente de cultivo, se obtiene como resultado un conjunto de microorganismos, que garantiza la preservación y disponibilidad del material en colecciones biológicas y que permite hacer la descripción a profundidad de las principales propiedades metabólicas y genéticas, dejando así el recurso biológico disponible para diversas actividades de bioprospección (Tamames & Roselló-Mora, 2012). Actualmente, el uso cada más generalizado de las herramientas ómicas permite una exploración sistemática de la biodiversidad. Es así como la genómica identifica el potencial génico que tiene una especie, la transcriptómica va un paso hacia adelante, determinando esa expresión génica, mientras que la proteómica, se encarga del conjunto de proteínas expresadas en una condición particular y la metabolómica, determina los productos finales del metabolismo celular; de esta forma se obtiene una cuantificación simultánea de la expresión génica o de la acumulación de los correspondientes productos en un organismo (Bertin et al., 2008). Este análisis sistemático de la biodiversidad a través de las omicas facilita la identificación de nuevas funciones celulares que pueden ser explotables para aplicaciones biotecnológicas posteriores. A su vez, esto conlleva a una identificación de características diferenciadoras de la biodiversidad, que llevan a su uso sostenible y que generan a futuro posibilidades de ingreso a mercados altamente competitivos de bienes y servicios derivados de la biodiversidad. El presente proyecto de investigación se centra en el análisis de los genomas de diez especies de microorganismos aislados de ambientes naturales colombianos (Baena 2007; Baena, 2010). De estos organismos, cinco fueron clasificados como nuevas especies (Rubiano-Labrador et al., 2013; Baena et al 2011; Díaz-Cardenas et al 2010a; Díaz-Cárdenas et al 2010b). Teniendo en cuenta el potencial metabólico de estos organismos y la poca información que existe sobre sus metabolitos secundarios este proyecto busca responder a las preguntas ¿Es posible seleccionar cepas microbianas con potencial de producción de metabolitos secundarios a partir de minería de datos de sus genomas completos? Qué tipo de metabolitos pueden ser identificados a partir de la validación experimental de los datos genómicos de estas especies de la diversidad microbiana colombiana? Para responder a estas preguntas se evaluarán los genomas de las diez especies seleccionadas, que están actualmente depositados en la Colección de Microorganismos de la Pontificia Universidad Javeriana, registrada ante el instituto Alexander von Humboldt. Posteriormente y con base en la anotación de sus genomas, se validarán experimentalmente los datos genómicos más relevantes en términos de novedad de rutas metabólicas y metabolitos finales. La validación experimental de los datos genómicos se hará siguiendo un enfoque bio-dirigido a partir de la información genómica, que permita la obtención e identificación de extractos y/o fracciones semipurificadas obtenidas a partir de cultivos ¿selectivos¿ del organismo de interés.