La enfermedad de necrosis hepatopancreática aguda ha causado pérdidas de más de 2,600 millones de dólares a la industria acuícola de todo el mundo, debido a su elevada tasa de mortalidad en la cría de camarones. Algunos estudios sugieren que las diferencias en los genes cromosómicos y plasmídicos podrían estar relacionadas con factores de virulencia asociados a variaciones en la patogenicidad. En tal sentido, este artículo resume una investigación para entender el papel de los elementos genéticos a través del análisis de nueve cepas sudamericanas de Vibrio parahaemolyticus causantes de AHPND a nivel genómico.
La enfermedad de necrosis hepatopancreática aguda (AHPND, por sus siglas en inglés), o síndrome de mortalidad temprana (EMS, por sus siglas en inglés), es una enfermedad bacteriana que afecta a los Artículo de fondo crustáceos y ha causado graves pérdidas económicas en la industria mundial del camarón.
A principios de 2013, se informó de la aparición de AHPND en México y, en 2016, de una cepa bacteriana patógena de AHPND en Suramérica. Hasta la fecha, varios miembros de la familia Vibrionaceae de los clados Harveyi y Orientalis han sido identificados como capaces de causar AHPND en crustáceos. Sin embargo, la primera especie causante notificada y que ha provocado más brotes de AHPND en todo el mundo es Vibrio parahaemolyticus.
Los agentes etiológicos de la enfermedad son bien conocidos; sin embargo, se han señalado diferencias en la virulencia. Se han observado variaciones en la tasa de mortalidad, provocada por diferentes cepas de V. parahaemolyticus (VPAHPND), causantes de AHPND, en poblaciones de camarones durante brotes de la enfermedad en diversas regiones del mundo, así como cuando las cepas se someten a condiciones experimentales en pruebas de exposición a agentes patógenos.
Además, existen otros factores que intervienen en la patogénesis de la AHPND.
Algunos estudios sugieren que las diferencias en los genes cromosómicos y plasmídicos podrían estar relacionadas con factores de virulencia asociados a variaciones en la patogenicidad. En tal sentido, este artículo resume una investigación cuyo objetivo fue caracterizar nueve genomas de cepas sudamericanas para explorar la variación intraespecífica de VPAHPND.
Método
En el período comprendido entre julio y octubre de 2015, se tomaron muestras presuntamente positivas para AHPND, durante eventos de mortalidad independientes, en 10 granjas de camarón ubicadas en diferentes regiones de América del Sur.
Se ensamblaron y analizaron nueve genomas de cepas sudamericanas de V. parahaemolyticus causantes de AHPND (VPAHPND) mediante un enfoque de genómica comparativa a nivel de
(i) genoma completo,
(ii) sistema de secreción y
(iii) plásmido, para luego incluirlos en un análisis filogenómico con otras 86 cepas.
Resultados
Secuenciación del genoma, ensamble y evaluación de la calidad de los genomas
Los genomas de las nueve cepas de V. parahaemolyticus ensambladas oscilaban entre 240 y 361 cóntigos, con una longitud total de unos 6 Mbp, que se aproxima a la longitud informada del genoma de referencia (~5,1 Mbp) más el plásmido (~70 kbp), y tenían un contenido de GC de ~45% (Tabla 1).
Los resultados de CheckM indicaron, basándose en una colección de ortólogos de copia única, que todos los genomas presentaban una integridad del 100% y una heterogeneidad de cepas de aproximadamente el 75%.
Anotación y análisis comparativo del genoma completo entre distintos genomas
Las categorías metabólicas generales y de procesamiento de la información, como producción y conversión de energía, transporte y metabolismo biomolecular y transcripción, fueron las categorías (clusters) de grupos ortólogos (COG, por sus siglas en inglés) más representadas en todos los genomas (Figura 1).
Los resultados de la prueba de Chi-cuadrado para cada categoría indicaron que ninguna categoría funcional estaba significativamente sobrerrepresentada en una cepa determinada con respecto a la predicción para el resto de las cepas (p > 0.993 en todos los casos).
Recuperación y caracterización de plásmidos
El plásmido relacionado con AHPND se recuperó con éxito en las nueve cepas. Analizando las secuencias del plásmido consideradas para identificar el origen geográfico, en todos los casos, el transposón característico de tipo tn3 y las secuencias SSR identificadas fueron las esperadas para el tipo mexicano, indicando que todas las cepas son de tipo mexicano según la secuencia del plásmido.
La anotación del plásmido identificó 86 elementos genéticos, incluidos los genes de la toxina PirAvp y PirBvp, así como genes relacionados con los sistemas de secreción T2SS, T3SS y tipo 4 (T4SS) para todas las cepas aisladas.
Identificación de islas genómicas, factores de virulencia y genes de resistencia antimicrobiana
En la Figura 2 se muestran los resultados de la búsqueda de factores de virulencia mediante VFAnalyzer. Se determinó un núcleo de 152 factores de virulencia entre todas las cepas y se detectaron 18 factores de virulencia accesorios adicionales en algunos genomas.
Entre los 170 factores de virulencia detectados, la clase más representada fueron los sistemas de secreción, seguidos de la quimiotaxis y la motilidad, y después la adhesión.
Análisis filogenético basado en SNP
Se construyó un árbol filogenético basado en SNP, el cual mostró que las cepas VPAHPND se concentraron en seis grupos principales. La mayoría de las cepas de México, uno de Tailandia, uno de China, uno de India y tres de las cepas (BA37P5, BA110 y BA124) se encontraron en un único clado (clado 2), que tenía la mayoría de representantes de Latinoamérica.
Esta observación puede hacerse extensiva a las cepas de otros orígenes, en los que los clados muy cerrados se derivaban generalmente del mismo origen, lo que muestra cepas de rápida propagación o sesgos en el muestreo de dichas cepas. La única excepción es un clado grande y estrecho, con miembros de Malasia y Tailandia.
Análisis filogenómico basado en cg-MLST
En general, los patrones de ramificación observados en el análisis basado en SNP estaban ausentes en la filogenia cg-MLST, y la mayoría de las cepas de un clado determinado, en el análisis basado en SNP, estaban dispersos por todo el árbol cg-MLST. Sin embargo, los clados estrechamente relacionados, que suelen derivar de un único origen, seguían observándose en el árbol cgMLST.
Lo mismo ocurre con los dos subgrupos de cepas sudamericanas. Al igual que en el árbol basado en SNP, no se observó ninguna agrupación basada en el origen o el continente y, en este caso concreto, las cepas mexicanas mostraron una mayor variabilidad y diversidad.
Discusión
La caracterización de los plásmidos, de las nueve cepas sudamericanas secuenciadas en este estudio, demostró ser prácticamente idéntica y se informó que todos eran del tipo mexicano.
Se detectaron varios elementos genéticos relevantes en los plásmidos, como las toxinas PirAvp y PirBvp, proteínas relacionadas con T2SS, T3SS y T4SS, proteínas antirrestricción y proteínas asociadas a postsegregación, importantes en el proceso de infección y transmisión del plásmido (Wang et al., 2020), encontrándose una baja o nula variación en estos elementos entre los plásmidos de todas las cepas estudiadas, lo que sugiere un origen común para todos los plásmidos de los genomas ensamblados.
“Los análisis genómicos comparativos entre las cepas sudamericanas mostraron altas similitudes en los genes relacionados con la virulencia.”
Estos análisis revelaron que las cepas tenían más de 170 factores de virulencia, encontrándose que el grupo 2 tenía sistemáticamente más factores asociados a sistemas de secreción que el resto de los genomas; mientras que el grupo 1 carecía de genes asociados a categorías funcionales, como la biosíntesis de oligosacáridos y el sistema toxina-antitoxina.
La ausencia de estos factores de virulencia en el grupo 1 podría conducir potencialmente a una menor patogenicidad de estas cepas en comparación con las cepas del grupo 2.
“A partir de los resultados obtenidos en el análisis filogenómico y filogenético, se observó que las cepas relacionadas con AHPND en todo el mundo son genéticamente diversos, ya que se identificaron cepas de regiones específicas en diferentes clados de los árboles.”
Esta inferencia está respaldada por diferentes estudios. Cabe señalar que las cepas no-VPAHPND y las cepas VPAHPND no se separaron en clados diferentes, en ninguno de los análisis realizados.
Las cepas sudamericanas se agruparon mayoritariamente con las asiáticas, lo que podría deberse a: (i) un error en el análisis, debido al mayor número de secuencias disponibles para este continente, o (ii) mostrar relaciones filogenéticas reales que sugieren múltiples rutas de adquisición de cepas AHPND entre estas regiones.
Conclusiones
Los resultados sugieren que los estudios filogenéticos, basados en SNP, son los más apropiados a la hora de realizar estudios epidemiológicos con VPAHPND. Al integrar los hallazgos de este estudio, se puede concluir que el V. parahaemolyticus es una especie diversa, sin una asociación geográfica clara, lo que indica diversas vías de transmisión y propagación.
La AHPND sigue siendo consecuencia de la expresión de toxinas adquiridas por plásmidos, que pueden transferirse fácilmente de forma horizontal y a diferentes entornos genéticos y orígenes geográficos. Sin embargo, el grado de virulencia es un rasgo multifactorial que depende de múltiples características genómicas.
Comprender el papel de esas variaciones y su efecto en la patogénesis es clave para una mejor comprensión de la virulencia en V. parahaemolyticus.
Esta es una versión resumida desarrollada por el equipo editorial de Panorama Acuícola Magazine del artículo “GENOMIC AND EVOLUTIONARY FEATURES OF NINE AHPND POSITIVE VIBRIO PARAHAEMOLYTICUS STRAINS ISOLATED FROM SOUTH AMERICAN SHRIMP FARMS” escrito por CASTELLANOS, A. – Universidad de los Andes; RESTREPO, L. – Universidad de los Andes, Johns Hopkins University School of Medicine y CENAIM; BAJAÑA, L. y BETANCOURT, I. – CENAIM; BAYOT, B. – CENAIM y ESPOL; REYES, A. – Universidad de los Andes y Washington University in Saint Louis.
La versión original, incluyendo tablas y figuras, fue publicada en JUNIO de 2023 en MICROBIOLOGY SPECTRUM.
Se puede acceder a la versión completa a través de https://doi.org/10.1128/spectrum.04851-22
