Análisis metagenómico de la diversidad y el resistoma de comunidades microbianas que habitan suelos del Salar de Ascotán

Abstract

Los humedales ubicados en el altiplano chileno, como el Salar de Ascotán, se enfrentan constantemente a condiciones extremas. Este salar se encuentra a una altitud de 3.724 msnm, rodeado de yacimientos minerales ricos en Arsénico. El clima semiárido, las bajas temperaturas y los altos niveles de radiación UV son característicos de este salar. Estudios previos han reportado una amplia variedad de filos bacterianos en muestras de suelo y agua de este salar, con una prevalencia de filos Proteobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes y Actinobacteria. También se ha destacado la presencia de arqueas del filo Euryarchaeota y Crenarchaeota. Para estudiar la diversidad microbiana y el resistoma natural presente en comunidades microbianas que habitan suelos del salar de Ascotán, se llevaron a cabo análisis metagenómicos combinando datos de secuenciación masiva obtenidos mediante tecnologías Nanopore e Illumina. Los resultaron mostraron una predominancia de Proteobacterias, Bacteroidetes y Actinobacteria, así como la presencia de arqueas del filo Euryarchaeota. Para estudiar el resistoma, se realizó un ensamblaje metagenómico híbrido, evaluando los posibles genes de resistencia a metales y antibióticos, usando base de datos como BacMet y CARD, respectivamente. Entre nuestros resultados, se encontraron distintos genes de resistencia a antibióticos, principalmente involucrados en la regulación y expresión del ADN, bombas de eflujo y de regulación de la permeabilidad celular. Adicionalmente, se encontraron genes de resistencia a Cobre, Zinc, Hierro y Arsénico. En cuanto a la resistencia a drogas antibióticas, se identificaron genes de resistencia a antibióticos peptídicos, elfamicinas y beta-lactámicos, entre otros. Se analizó la funcionalidad de las proteínas predichas como Beta-lactamasas mediante el análisis de los dominios conservados y residuos del sitio activo. Sin embargo, nuestros resultados mostraron una baja similitud, por lo que no se encontró evidencia a favor de que estas proteínas sean funcionales. Estos hallazgos proporcionan un panorama general de la diversidad microbiana y del resistoma natural de los microorganismos que habitan este suelo, además de sugerir posibles eventos de co-selección en el área estudiada, los cuales podrían tener implicaciones en la salud ambiental y la resistencia a antimicrobianos.

Wetlands located in the Chilean altiplano, such as the Salar de Ascotán, constantly face extreme conditions. This salt flat is located at an altitude of 3,724 meters above sea level, surrounded by mineral deposits rich in arsenic. The semi-arid climate, low temperatures and high levels of UV radiation are characteristic of this salt flat. Previous studies have reported a wide variety of bacterial phyla in soil and water samples from this salt flat, with a prevalence of Proteobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes and Actinobacteria. The presence of archaea of the phylum Euryarchaeota and Crenarchaeota has also been highlighted. To study the microbial diversity and the natural resistome present in microbial communities inhabiting soils of the Ascotán salt flat, metagenomic analyses were carried out combining massive sequencing data obtained by Nanopore and Illumina technologies. The results showed a predominance of Proteobacteria, Bacteroidetes and Actinobacteria, as well as the presence of archaea of the phylum Euryarchaeota. To study the resistome, a hybrid metagenomic assembly was performed, evaluating possible metal and antibiotic resistance genes, using databases such as BacMet and CARD, respectively. Among our results, different antibiotic resistance genes were found, mainly involved in DNA regulation and expression, efflux pumps and cell permeability regulation. Additionally, resistance genes to copper, zinc, iron and arsenic were found. Regarding antibiotic drug resistance, resistance genes to peptide antibiotics, elfamycins and beta-lactams, among others, were identified. The functionality of the predicted proteins such as beta-lactamases was determined by analysis of conserved domains and active site residues. However, our results showed low similarity, indicating no evidence in favor of these proteins being functional. These findings provide an overview of the microbial diversity and natural resistome of the microorganisms inhabit this soil, in addition to suggest possible co-selection events in the studied area. This could have implications for environmental health and antimicrobial resistance.