El doctorando Narciso Martín Quijada, del Programa de Doctorado Avances en Ciencia y Biotecnología Alimentarias, defiende su tesis doctoral titulada “Bioinformatic investigation of microbiota and antibiotic resistance occurrence from farm to humans by using high-throughput dna sequencing approaches” en el Salón de Actos de la Facultad de Ciencias. Este trabajo de investigación ha sido dirigido por los profesores Marta Hernández Pérez y David Rodríguez Lázaro.
El desarrollo de plataformas de secuenciación masiva de ADN (“high-throughput sequencing”, HTS) ha supuesto el avance más significativo en la genómica microbiana en los últimos años. Esta tecnología permite caracterizar, a una resolución mayor y a un coste y tiempo inferiores que tecnologías de secuenciación de ADN anteriores, las comunidades microbianas (microbiota) presentes a lo largo de la cadena alimentaria, así como los genes que albergan. La principal limitación de esta tecnología radica en el análisis de la gran cantidad de datos producidos por las plataformas de secuenciación, siendo necesarios conocimientos avanzados de programación y el uso de complejas herramientas bioinformáticas (normalmente como aplicaciones en línea de comandos en sistemas operativos Linux y MacOs), lo que ha hecho de la bioinformática una de las ramas de la ciencia más demandada y con más aplicación actualmente.
El principal objetivo de esta Tesis Doctoral fue la evaluación de distintos software, bases de datos, y aproximaciones bioinformáticas y su integración en pipelines, protocolos informáticos que permiten la paralelización y automatización de los procesos, específicos para cada estudio, con el fin de establecer los mecanismos de análisis básicos para extraer la información biológica contenida en los archivos de secuenciación. Nuestros estudios de secuenciación han tenido como principal objetivo la investigación de la microbiota en distintos puntos de la cadena desde la granja al ser humano, cuyo estudio es de vital importancia dado su implicación en la calidad y la seguridad de los productos alimentarios y en la salud humana y animal.
En productos alimentarios, se ha investigado la microbiota en el “Chorizo de León” y el queso austriaco “Vorarlberger Bergkäse”, así como en las superficies de las zonas de producción, encontrando cepas bacterianas únicas para las distintas fabricaciones que podrían ser responsables de las características organolépticas únicas de cada producto. Otro campo muy relevante en los últimos años es el estudio de la microbiota del tracto gastrointestinal (GIT), que está influenciada por la dieta y que tiene un papel crucial en diversas funciones fisiológicas, inmunológicas y metabólicas, contribuyendo de manera significativa a la salud humana/animal. Se analizó el efecto de la suplementación de la dieta con un prebiótico, sobre la fisionomía y la microbiota del GIT de ovejas y corderos lactantes, observando que la suplementación alimentaria aumentaba el peso de los corderos y que éste estaba relacionado con una mayor abundancia relativa de bacterias del GIT previamente identificadas como beneficiosas para el hospedador.
También se analizaron los genomas de bacterias aisladas en distintos puntos de la cadena alimentaria, con especial interés el análisis de la presencia de genes que codifican resistencia a antibióticos (“resistoma”). La resistencia a los antibióticos es uno de los problemas más urgentes de salud pública, dado que las bacterias se están volviendo refractarias al tratamiento con antibióticos. En este sentido, la cadena alimentaria se comporta como un factor crítico de transmisión de bacterias y de genes de resistencia a antibióticos. Se investigaron los mecanismos de resistencia a colistina, uno de los antibióticos considerados como “última alternativa” contra bacterias multirresistentes, en Escherichia coli aislados de heces de ternero, cerdo y pavo de granjas en España. Los resultados permitieron descubrir nuevas variantes de determinantes de resistencia a colistina, así como una alarmante coocurrencia de éstos con genes de resistencia a otros antibióticos. También se analizó el genoma de un Staphylococcus aureus aislado de queso que mostró sensibilidad a oxacilina, a pesar de portar el gen de resistencia a ese antibiótico. El análisis genómico reveló una mutación en un gen regulador del gen de resistencia que hacía al S. aureus sensible a la oxacilina y que lo habría hecho pasar erróneamente como inocuo en controles de seguridad, debiendo haber sido categorizado como resistente.
Por último, y como resultado de los análisis genómicos bacterianos y la evaluación de herramientas bioinformáticas, se ha desarrollado un software bioinformático, denominado TORMES, que permite realizar un análisis genómico completo de un conjunto de bacterias (sin importar el número, especie u origen) partiendo directamente de los datos sin tratar procedentes de la plataforma de secuenciación. TORMES es de código libre y requiere seguir unas instrucciones sencillas para su instalación y uso, lo que lo convierte en una herramienta idónea para los usuarios sin conocimientos avanzados en bioinformática. Una vez terminado el análisis, TORMES resume los resultados de manera automática en un archivo interactivo tipo web, que puede abrirse en cualquier navegador, facilitando el análisis, la comparación y la transferencia de los resultados.