Evolución genómica de poblaciones de pseudomonas aeruginosa hipermutadoras de infecciones pulmonares crónicas en pacientes con fibrosis quística

Abstract

La mutagénesis es uno de los mecanismos esenciales involucrados en la generación de variabilidad genética y en la adquisición de fenotipos adaptativos en bacterias, por lo que el control y ajuste de la tasa de mutación resultan fundamentales para la optimización de procesos adaptativos. Particularmente, los microorganismos que presentan una tasa de mutación espontánea incrementada como consecuencia de la deficiencia en sistemas de reparación o prevención de errores del ADN se denominan hipermutadores. Curiosamente, las infecciones respiratorias crónicas producidas por el patógeno oportunista P. aeruginosa en pacientes con fibrosis quística (FQ) constituyen un excelente modelo natural en el que las células hipermutadoras prevalecen a una alta frecuencia, significativamente mayor a las encontradas en otro tipo de infecciones o en el ambiente. En las infecciones pulmonares crónicas FQ, la hipermutabilidad resulta fundamentalmente de la emergencia de mutantes deficientes en el Sistema de Reparación de Bases Apareadas Incorrectamente (MRS). La mayoría de los pacientes FQ son infectados crónicamente por una única cepa de P. aeruginosa que persiste a lo largo de la vida del paciente a través de un proceso de diversificación que implica la emergencia, selección y fijación de múltiples variantes fenotípicas adaptadas, originadas a partir del clon ancestral. Los mecanismos involucrados en este proceso de diversificación fenotípica están basados en la mutación de genes específicos que conllevan a cambios relacionados principalmente con la formación de biofilms, virulencia, metabolismo y resistencia a antibióticos, y finalmente a la adaptación y persistencia. Dentro de este marco, los principales objetivos del presente trabajo fueron analizar la asociación entre la hipermutabilidad estable y la emergencia de fenotipos adaptativos de P. aeruginosa en el contexto de un proceso infeccioso in vivo. El trabajo se centró en el estudio de la evolución genómica a largo plazo y la diversidad genética a nivel poblacional de linajes particulares de P. aeruginosa hipermutadores aislados de pacientes FQ durante el transcurso de la infección crónica. Durante la realización de este trabajo de tesis se obtuvieron resultados que confirman la fuerte selección y prevalencia del fenotipo hipermutador debido a la deficiencia en el MRS en aislados FQ de P. aeruginosa. Igualmente, se logró determinar que la hipermutabilidad estable en este contexto in vivo no está asociada a la emergencia de mutaciones adaptativas en los genes mucA, lasR y mexZ, sugiriendo que la hipermutabilidad tendría un efecto general sobre los genes durante el proceso de adaptación de P. aeruginosa al ambiente FQ, sin estar relacionado con algún fenotipo adaptativo en particular. En este sentido, se determinó que la evolución a largo plazo de cepas hipermutadoras de P. aeruginosa en infecciones pulmonares crónicas está signada por una selección negativa y/o por deriva génica, destacándose asimismo una significativa diversidad genética a nivel poblacional basada en una marcada acumulación de mutaciones. No obstante esta diversificación, adicionalmente se observaron evidencias de evolución paralela en ciertos genes asociados con la patoadaptación, como así también una convergencia fenotípica en cuanto a la disminución de funciones relacionadas con el catabolismo. Por otra parte, se estableció que la deficiencia en el MRS produce una marcada inestabilidad de secuencias repetidas simples del ADN (SSRs) en P. aeruginosa particularmente de G:C, aumentando significativamente su propensión a sufrir deleciones pequeñas y sesgando la mutagénesis hacia vías génicas particulares a lo largo de su evolución en infecciones crónicas FQ. Finalmente, el trabajo describe un fenómeno de disminución de la frecuencia de mutación en una subpoblación de cepas deficientes en el MRS en infecciones crónicas FQ, ilustrando el dinamismo que P. aeruginosa sufre en cuanto a la tasa de mutación. En conclusión, este trabajo constituye un importante aporte para el esclarecimiento del impacto de la hipermutabilidad por deficiencias en el MRS en la evolución genómica de poblaciones de P. aeruginosa en infecciones pulmonares crónicas en pacientes FQ.