12.3E: Secuenciación de ácidos nucleicos y análisis de ARNr

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La secuenciación de ácidos nucleicos y el análisis de ARNr consisten en comparar bases nitrogenadas en ARNr.

Objetivos de aprendizaje

Describir cómo se puede utilizar el gen 16srRNA para estudios filogenéticos y en microbiología médica para la identificación bacteriana

Puntos Clave

Este método es efectivo para identificar diferencias generales de grupos de patógenos.
Las secuencias génicas de ARNr 16S contienen regiones hipervariables que pueden proporcionar secuencias distintivas específicas de especies útiles para la identificación bacteriana.
Este método también se puede afinar para identificar patógenos a nivel de especie.

Términos Clave

ribosomas: Máquina molecular grande y compleja, que se encuentra dentro de todas las células vivas, que sirve como sitio primario de síntesis de proteínas biológicas.

Dieciséis ARN ribosómico S (o ARNr 16S) es un componente de la subunidad pequeña 30S de los ribosomas procariotas. Tiene aproximadamente 1.5kb (o 1500 nucleótidos) de longitud. Los genes que lo codifican se denominan ADNr 16S y se utilizan en la reconstrucción de filogenias. Pueden existir múltiples secuencias de ARNr 16S dentro de una sola bacteria.

imagen — Figura: **ARN ribosómico**: Estructura y forma del ribosoma de E.coli 70S. La subunidad ribosómica 50S grande (roja) y la subunidad ribosómica 30S pequeña (azul) se muestran con una barra de escala de 200 Ångstrom (20 nm). Para la subunidad 50S se muestran los ARNs 23S (rojo oscuro) y 5S (rojo anaranjado) y las proteínas ribosómicas (rosa). Para la subunidad 30S se muestran el ARNr 16S (azul oscuro) y las proteínas ribosómicas (azul claro).

El gen 16srRNA se utiliza para estudios filogenéticos, ya que está altamente conservado entre diferentes especies de bacterias y arqueas. Carl Woese fue pionero en este uso del ARNr 16S. Además, también se amplifican ARNr mitocondrial y cloroplásico. Desafortunadamente, aunque se pueden definir cebadores para amplificar este gen a partir de genomas individuales, este método no es lo suficientemente preciso como para estimar la diversidad de comunidades microbianas a partir de sus entornos. Los límites principales son la falta de cebadores universales reales; los sesgos de amplificación de ADN y la selección de bases de datos de referencia impactan la anotación de lecturas.

Paradójicamente, la negación metodológica es ahora una regla en artículos publicados que utilizan encuestas de amplicón de genes de ARNr 16S para estudiar comunidades microbianas desconocidas. En estos artículos, se utiliza un par de cebadores (aunque muchos de ellos están diseñados, y proporcionan diferentes resultados) para amplificar una región del gen 16S rRNA. Además de los sitios de unión a cebadores altamente conservados, las secuencias génicas de ARNr 16S contienen regiones hipervariables que pueden proporcionar secuencias de firma específicas de especie útiles para la identificación bacteriana. Como resultado, la secuenciación génica del ARNr 16S se ha vuelto prevalente en la microbiología médica como una alternativa rápida y barata (aunque inexacta) a los métodos fenotípicos de identificación bacteriana. Aunque originalmente se utilizó para identificar bacterias, posteriormente se encontró que la secuenciación 16S era capaz de reclasificar bacterias en especies completamente nuevas, o incluso géneros. También se ha utilizado para describir nuevas especies que nunca han sido cultivadas con éxito.

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