Desarrollo de la plataforma bioinformática BioGen para el análisis de la diversidad microbiana en Costa Rica

Abstract

Costa Rica es un país privilegiado en términos de diversidad biológica. Gran parte de esta biodiversidad es el resultado de los servicios ecológicos brindados por una inmensa variedad de microorganismos presentes en los diferentes ecosistemas del territorio nacional. La diversidad microbiana constituye un componente esencial del medio ambiente debido a que los microorganismos dan soporte y estabilidad al ecosistema. A raíz de esto, nuestro país ha fomentado el desarrollo de estudios sobre microbiología ambiental. Sin embargo, a pesar del gran esfuerzo realizado, sólo hemos llegado a conocer un pequeño porcentaje de la totalidad de especies microbianas que habitan en el territorio nacional. El desarrollo de las nuevas tecnologías de secuenciación masiva o NGS (Next Generation Sequencing) ha permitido la obtención de una gran cantidad de datos biológicos. No obstante, en muchas ocasiones, el análisis de esta información ha representado un importante desafío para la comunidad científica por la cantidad de datos generados. Durante los últimos años, la bioinformática ha adquirido un rol importante en el desarrollo de herramientas para el análisis de datos biológicos. Esto no sólo ha mejorado nuestro entendimiento de los sistemas biológicos, sino que ha permitido la explotación sostenible de los ecosistemas microbianos. Sin embargo, no existen herramientas que permitan realizar estos análisis en cumplimiento con los lineamientos de la Ley de Biodiversidad de Costa Rica. Para responder a esta necesidad y generar información científica relevante, en este proyecto se inició el desarrollo de la plataforma de libre acceso en línea, denominada Biodiversidad Genómica de Costa Rica (BioGen). Está herramienta tiene un doble propósito: contribuir al buen manejo de los recursos microbianos, cumpliendo con la Ley de Biodiversidad de Costa Rica y contribuir en el entrenamiento del recurso humano nacional en diferentes herramientas bioinformáticas útiles a la comunidad científica. Para ello, se construye una base de datos para el manejo de las colecciones tanto de cultivos puros como de ADN, la cual se comunica con la interfaz gráfica para que el usuario pueda acceder a las colecciones incluidas en la base de datos y tomar decisiones e incluso agregar información. Para probar la utilidad de esta plataforma y generar nuevo conocimiento científico, se diseñó un caso de estudio con 10 microorganismos incluidos en la base de datos de colecciones microbianas, los cuales se mezclaron en un metagenoma artificial. Mediante diferentes análisis bioinformáticos, se recuperaron los genomas individuales y algunos lograron ser ensamblados en MAGs (genomas ensamblados a partir de metagenomas), en los cuáles se demostró la presencia de grupos de genes biosintéticos que codifican por sustancias antimicrobianas con potencial aplicación biotecnológica, información que podrá ser explorada en investigaciones posteriores. Finalmente, la información adquirida en el caso de estudio se registra en protocolos de análisis bioinformáticos disponibles para la comunidad científica, de manera que sirven de base para cursos de capacitación en bioinformática.