Análisis genómico de aislamientos colombianos de Helicobacter pylori para la identificación y caracterización de profagos

H. pylori es una bacteria capaz de colonizar y persistir en el estómago humano, es considerado como el microorganismo responsable de la infección bacteriana crónica más frecuente en todo el mundo (1), en los países en desarrollo su prevalencia es de cerca del 90% mientras que, en los países desarrollados, con excepción de Japón, la prevalencia es inferior al 40%; en Colombia, las tasas de infección por H. pylori en adultos examinados por evaluación histopatológica y métodos serológicos va del 70% al 78% (2). En todos los infectados H. pylori logra desencadenar gastritis crónica y en el 20% de ellos producirá alguna enfermedad clínica, como úlcera péptica, adenocarcinoma y linfoma gástrico tipo MALT (3), la infección por esta bacteria es actualmente reconocida como el principal factor de riesgo de desarrollo de cáncer gástrico (4). Los bacteriófagos son partículas virales capaces de infectar bacterias, estos virus pueden ser líticos, es decir que tienen la propiedad de lisar las células bacterianas para la liberación de la progenie del fago, o pueden ser lisogénicos (profagos) los cuales se pueden integrar en el genoma bacteriano y de esta manera contribuyen a la evolución de las bacterias mediante la promoción de la transducción de varios genes implicados en la virulencia y la resistencia a los antibióticos (5). Los profagos también pueden afectar ciertas características del hospedero, tales como el comportamiento biológico, la patogénesis o la adaptación medioambiental, esto a través de sus posibles funciones en la transferencia horizontal de genes (6). Los informes sobre fagos en H. pylori son escasos a pesar de que las primeras observaciones de partículas intracelulares similares a fagos en preparaciones de la bacteria se hicieron poco tiempo después de su descubrimiento (7). Recientemente se ha reportado la secuenciación de varios fagos presentes en el genoma de H. pylori (8-15), sin embargo, aún es limitado el conocimiento que se tiene sobre las características genómicas y biológicas de los fagos reportados. Conocer la conformación génica de los profagos, así como los sitios de inserción y el papel que desempeñan en el genoma de cada cepa bacteriana aporta información valiosa, ya que los profagos pueden funcionar como reservorios de genes, muchos de los cuales benefician a los patógenos, de maneras que apenas están empezando a determinarse (16). Hasta el momento, las cepas de H. pylori que han sido reportadas como portadoras de profagos no parecen tener una mayor patogenicidad o asociación con determinados patrones de enfermedad (8, 13), pero se han encontrado genes ortólogos de fagos en el genoma de cepas que además portan los genes de virulencia cagA y / o vacA (17). Por otra parte, los estudios reportados sugieren que los profagos insertados en el genoma de H. pylori representan un elemento importante para su adaptación a un ambiente tan hostil como los es el estómago humano, teniendo en cuenta que cualquier ventaja metabólica o mecanismo de tolerancia que pueda ser proporcionado por los profagos al H. pylori podría mejorar la competitividad de la bacteria, sin embargo, las funciones específicas de los profagos encontrados hasta el momento en H. pylori aún no son reconocidas y el papel de los profagos en el establecimiento de la enfermedad se está apenas reconociendo (14). Los estudios sobre la estructura poblacional de H. pylori han empleado típicamente el MultiLocus Sequence Typing (MLST) y han permitido la identificación de seis grupos bacterianos principales: hpAfrica1, hpAfrica2, hpEastAsia, hpAsia2, hpEurope y hpSahul; y otras subpoblaciones más recientes: como el caso de hpEastAsia que se dividió en hspAmerind, hspEAsia y hspMaori, y hpAfrica1 que se dividió en hspWAfrica y hspSAfrica (18). La evidencia indica que la presencia de profagos de H. pylori ha contribuido a la diversidad genética de la bacteria y los hallazgos han revelado que además de la distribución filogeográfica de la bacteria determinada por MLST, también es posible clasificar la población a la que pertenecen los profagos insertados en su genoma gracias a la tipificación de la secuencia de dos genes profago, los genes integrasa y holín (13). El gen de la integrasa es el responsable del proceso de integración del genoma del fago en el cromosoma bacteriano y cataliza reacciones de recombinación unidireccionales y altamente específicas de sitio (19), mientras que el gen holin hace parte del cassete lítico del fago y codifica para las proteínas holinas, que junto con las endolisinas se encargan de la destrucción de la bacteria mediante la destrucción de la mureína presente en la pared celular, de esta forma el gen holin controla la longitud del ciclo infeccioso para los fagos líticos y por lo tanto están sujetos a una intensa presión evolutiva para lograr la lisis en un momento óptimo (20); se ha demostrado que estos genes son buenos marcadores para determinar la presencia de profagos en un genoma bacteriano (5). Recientemente se ha propuesto que analizando las secuencias de los genes integrasa y holin presentes en las cepas de H. pylori, también es posible conseguir una clasificación de la distribución geográfica de la bacteria, los análisis de profagos de H. pylori reportados a la fecha han descrito cuatro poblaciones: hpAfrica1, hpEastAsia, hpNEurope y hpSWEurope (13), estos resultados son comparables con lo obtenido por los análisis de MLST y según informan los autores, proporciona un mayor poder de discriminación, sin embargo en estos estudios no se han incluido cepas de origen del continente americano. Situación relevante teniendo en cuenta que recientes investigaciones que analizan el genoma de cepas de H. pylori de origen latinoamericano, aunque no con el propósito de detectar profagos, han mostrado una separación de las cepas americanas de las europeas, africanas, asiáticas y amerindias, incluso se observaron grupos de cepas exclusivamente colombianas y se ha sugerido la presencia de frecuentes y recientes eventos de recombinación en estas cepas como explicación a este fenómeno (21), existe aún un vacío de conocimiento acerca de la posibilidad de que profagos insertados en estas cepas puedan estar implicados en dichos eventos que conllevan a una alta diversidad genética. En diferentes regiones del mundo, incluyendo América Latina, los altos niveles de resistencia en H. pylori han generado una problemática importante y han planteado la necesidad de encontrar nuevos compuestos antimicrobianos (22). Una de las opciones terapéuticas que ha emergido recientemente como alternativa al uso de antibióticos es la terapia con bacteriófagos, se ha informado el uso de fagos en la cura de enfermedades infecciosas causadas por bacterias Gram positivas y Gram negativas (23). La fagoterapia consiste en el uso de bacteriófagos líticos o de enzimas derivadas de los mismos para tratar enfermedades infecciosas (24), es por esto que obtener mayor conocimiento sobre los fagos presentes en los diferentes clones de H. pylori permitirá entender si existen nuevas alternativas terapéuticas (25), y así mismo conocer cuáles son los fagos lisogénicos presentes en cepas de H. pylori de origen colombiano para identificar fagos que no podrán ser usados como candidatos en una posible fagoterapia debido a que las bacterias serán resistentes a la infección por estos (26). Teniendo en cuenta la problemática planteada y la falta de información que existe sobre los profagos insertados en aislamientos americanos, este proyecto está enfocado a conocer si existen secuencias de profagos en el genoma de las cepas de H. pylori de origen colombiano, conocer su organización genómica, y los sitios de inserción. Los resultados proporcionarán información adicional sobre el genoma de las cepas de H. pylori que afectan a nuestra población y sobre los profagos que pueden tener insertados. Con este conocimiento se espera obtener herramientas para inferir eventos evolutivos de las cepas de H. pylori que afectan a nuestra población, así mismo la información generada permitirá analizar si existen secuencias codificantes en los profagos insertados que le puedan conferir ciertas características de virulencia o adaptación a nuestros aislamientos. Conocer acerca de la existencia de fagos en el genoma de H. pylori también contribuirá en el entendimiento de si los fagos pueden llegar a ser tenidos en cuenta como nuevas estrategias terapéuticas en nuestra población. Por último, la información del genoma completo, así como el análisis de la diversidad de los profagos permitirá analizar desde otra perspectiva la clasificación de los aislamientos colombianos. Los resultados del proyecto podrán tener impacto en diferentes ámbitos, en primer lugar, a nivel social y económico debido al hallazgo de información útil en el manejo de una infección cuyas consecuencias representan un alto costo en términos de vidas humanas y del tratamiento asociado a su control, el impacto también se verá reflejado en la formación de un estudiante de doctorado en Ciencias Biológicas de la Pontificia Universidad Javeriana.