Análise evolutiva de processos de redução genômica em bactérias e correlação com aspectos funcionais de Mycoplasma hyopneumoniae

Abstract

Genomas reduzidos de bactérias apresentam-se como complexos sistemas evolutivos, evidenciando diferentes propriedades genômicas de acordo com o nicho ocupado por cada organismo. Em bactérias simbiontes, genomas reduzidos apresentam uma grande estabilidade em relação a rearranjos e taxas mutacionais em comparação com genomas reduzidos de bactérias parasitas. Dentre as espécies parasitas com genoma reduzido, Mycoplasma hyopneumoniae distingue-se por apresentar, em diferentes cepas, genomas com características específicas dentro da classe Mollicutes, incluindo maior taxa mutacional, e freqüência de rearranjos. Através do desenvolvimento de um método quantitativo para avaliar a preferência de disposição preferencial de genes nas fitas senso e anti-senso de genomas de procariotos, foi possível avaliar comparativamente a estrutura genômica de espécies bacterianas em 8 filos de procariotos. Os resultados dessa análise indicam que dentre os genomas analisados as espécies de Mollicutes do grupo hominis são as que possuem a maior desorganização estrutural em relação à colocação preferencial de genes nas fita senso e anti-senso, enquanto que as espécies do grupo pneumoniae apresentam valores intermediários, o que se correlaciona com a maior sintenia observada entre genomas nesse grupo. Uma análise em grande escala de mutações sinônimas e não-sinônimas em 7 grupos de genomas reduzidos indica a ocorrência de evolução positiva em uma série de genes possivelmente relacionados a patogenicidade. Com base em dados comparativos de rearranjos, presença de recombinação, transferência horizontal e elevadas taxas de mutações sinônimas sobre não-sinônimas, um novo modelo de evolução de genomas reduzidos de parasitas foi proposto. No modelo, sugere-se que, ao contrário dos genomas de bactérias simbiontes, a redução genômica em bactérias parasitas caracteriza-se por um processo altamente turbulento, no qual a constante geração de variabilidade é um ponto crítico para o sucesso da estratégia de colonização do hospedeiro.

Reduced genomes present an interesting evolutionary system, showing different genomic properties accordingly their lifestyle as parasites or symbionts. In symbiont bacteria, reduced genomes present a great stability regarding rearrangements and mutational rates comparing with reduced genomes from parasite bacteria. Among these species, the Mycoplasma hyopneumoniae genome distinguish itself by presenting specific characteristics inside the Mollicutes class, including higher mutational and rearrangements rates. Through the development of a quantitative method of gene strand bias, was possible a comparative analysis of 8 bacterial phyla. The results of such analysis indicated that genomes of Mollicutes bacteria from the hominis group possess the most disordered genomes regarding gene position on the leading or lagging chromosome strand, while genomes from bacteria of the pneumoniae group have intermediary values, in agreement with the higher sinteny between the genomes in this group. A large-scale analysis of synonymous and non synonymous mutations in 7 groups of reduced genome bacteria determined positive evolution in several genes related to pathogenicity. Based in comparative data from rearrangements, recombination, horizontal transfer and high synonymous over non-synonymous mutational rates, a new model of evolution for parasite species with reduced genomes is proposed. In this model is suggested that, in opposition with symbionts bacteria, genome reduction of parasite prokaryotes is characterized by a high turbulent process, where the constant variability generation is a critical point for the success of the host colonization.