Análisis de genomas obtenidos a partir de metagenomas dentro del filo Chloroflexi provenientes de tapetes microbianos de fuentes termales de Costa Rica utilizando herramientas bioinformáticas

Abstract

El filo Chloroflexi está conformado por bacterias filamentosas fotoheterótrofas que se caracterizan por tener amplia diversidad metabólica y ecológica. Se pueden encontrar en distintos ambientes. Hasta el momento, no existe información acerca de su diversidad y distribución en fuentes termales de Costa Rica. El objetivo de este trabajo fue determinar la similitud y relaciones filogenéticas entre los MAGs (genomas obtenidos a partir de datos metagenómicos) de estos ambientes y genomas de referencia, además de la identificación de posibles genes relacionados con la termotolerancia. Los sitios de estudio correspondieron a 14 tapetes microbianos de fuentes termales con rangos de temperatura entre 35 °C y 75 °C. Los MAGs fueron generados mediante el binning de metagenomas. Se realizó el análisis de similitud de secuencias utilizando ANI, el análisis de calidad mediante CheckM y el programa GTDB-Tk, para obtener la clasificación taxonómica. Para la anotación y construcción del árbol filogenómico se utilizó Prokka v1.14.5 y Orthofinder v2.3.3. Para la construcción del árbol filogenético se utilizó MEGA X y Mr.Bayes. Para la búsqueda de genes relacionados con la termotolerancia se utilizó como referencia el artículo de Murata y colaboradores (2018). Se construyó una base de 143 genomas afiliados a Chloroflexi utilizando como referencia GenBank y Ensembl-Bacteria (EMBL-EBI). Se ensamblaron 74 MAGs clasificados en las clases Anaerolineae (40), Chloroflexia (10), Thermoflexia (9), Tepidiformia (7), Caldilineae (5) y Ktedonobacteria (1). Con respecto a la temperatura, Ktedonobacteria se encontró a 50 °C en la fuente termal Hornillas, Dehalococcoidea y Anaerolineae se encontraron en un rango de temperatura 35 °C a 60 °C. Chloroflexi y Caldilinea principalmente a 60 °C. Thermoflexia, específicamente Thermoflexus hugenholtzii JAD2, se encontró en la fuente termal Las Lilas (75 °C, conductividad > 13 000 uS). Se identificaron 10 genes los cuales forman parte del sistema de chaperonas, los cuales participan en el metabolismo energético y en la reparación del ADN. En este estudio, se identificaron seis clases del filo Chloroflexi, contribuyendo al conocimiento de este filo a nivel de diversidad y distribución en los tapetes microbianos de fuentes termales de Costa Rica. A partir de los resultados obtenidos, se sugiere una nueva diversidad del filo en estos ambientes, ya que el análisis filogenómico resulta en la presencia de clados distintos a los reportados en la literatura.

The Chloroflexi phylum is made up of photoheterotrophic filamentous bacteria that are characterized by having a wide metabolic and ecological diversity. They can be found in different environments. Until now, there is no information about its diversity and distribution in hot springs in Costa Rica. The objective of this work was to determine the similarity and phylogenetic relationships between the MAG (genomes obtained from metagenomic data) of these environments and reference genomes, as well as the identification of possible genes related to thermotolerance. The study sites corresponded to 14 microbial mats of hot springs with temperature ranges between 35 °C and 75 °C. MAGs were generated by metagenome binning. Sequence similarity analysis was performed using ANI, quality analysis using CheckM and the GTDB-Tk program, to obtain the taxonomic classification. For the annotation and construction of the phylogenomic tree, Prokka v1.14.5 and Orthofinder v2.3.3 were obtained. For the construction of the phylogenetic tree, MEGA X and Mr. Bayes were drawn. For the search for genes related to thermotolerance, the article by Murata et al. (2018) was obtained as a reference. A base of 143 Chloroflexi-affiliated genomes was constructed using GenBank and Ensembl-Bacteria (EMBL-EBI) as reference. 74 MAG classified in the classes Anaerolineae (40), Chloroflexia (10), Thermoflexia (9), Tepidiformia (7), Caldilineae (5) and Ktedonobacteria (1) were assembled. Regarding temperature, Ktedonobacteria were found at 50 °C in the Hornillas hot spring, Dehalococcoidea and Anaerolineae were found in a temperature range of 35 °C to 60 °C. Chloroflexi and Caldilinea mainly at 60 °C. Thermoflexia, specifically Thermoflexus hugnholtzii JAD2, was found at Las Lilas hot spring (75 °C, conductivity > 13,000 uS). 10 genes were identified which are part of the chaperone system, which participate in energy metabolism and DNA repair. In this study, six classes of the Chloroflexi phylum were identified, contributing to the knowledge of this phylum at the level of diversity and distribution in the microbial mats of hot springs in Costa Rica. From the results obtained, a new diversity of the phylum is suggested in these environments, since the phylogenomic analysis results in the presence of clades different from those reported in the literature.