Mineração heurística de genótipos hierárquicos e genoma acessório Loci em populações bacterianas

Resumo

Esta plataforma computacional analítica fornece orientação prática para microbiologistas, ecologistas e epidemiologistas interessados em genômica populacional bacteriana. Especificamente, o trabalho aqui apresentado demonstrou como realizar: i) mapeamento guiado por filogenia de genótipos hierárquicos; ii) análise baseada em frequência de genótipos; iii) análises de parentesco e clonalidade; iv) identificação da linhagem diferenciando loci acessório.

Resumo

O uso rotineiro e sistemático do sequenciamento de genomas integrais bacterianos (WGS) está aumentando a precisão e a resolução das investigações epidemiológicas realizadas por laboratórios e agências reguladoras de Saúde Pública. Grandes volumes de dados WGS disponíveis publicamente podem ser usados para estudar populações patogênicas em larga escala. Recentemente, uma plataforma computacional livremente disponível chamada ProkEvo foi publicada para permitir análises genômicas populacionais hierárquicas reprodutíveis, automatizadas e escaláveis usando dados wgs bacterianos. Esta implementação do ProkEvo demonstrou a importância de combinar mapeamento genotipado padrão de populações com mineração de conteúdo genômico acessório para inferência ecológica. Em particular, o trabalho aqui destacado utilizou saídas derivadas do ProkEvo para análises hierárquicas em escala populacional usando a linguagem de programação R. O objetivo principal foi fornecer um guia prático para microbiologistas, ecologistas e epidemiologistas, mostrando como: i) utilizar um mapeamento guiado por filogenia de genótipos hierárquicos; ii) avaliar as distribuições de frequência dos genótipos como proxy para a aptidão ecológica; iii) determinar relações de parentesco e diversidade genética utilizando classificações genotipas específicas; e iv) linhagem de mapa diferenciando loci acessório. Para melhorar a reprodutibilidade e a portabilidade, os arquivos de marcação R foram usados para demonstrar toda a abordagem analítica. O conjunto de dados do exemplo continha dados genômicos de 2.365 isolados do patógeno zoonótico Salmonella Newport. O mapeamento ancorado em filogenia de genótipos hierárquicos (Serovar -> BAPS1 -> ST-> cgMLST) revelou a estrutura genética populacional, destacando os tipos de sequência (STs) como o genótipo de diferenciação de pedra-chave. Através das três linhagens mais dominantes, ST5 e ST118 compartilharam um ancestral comum mais recentemente do que com o filotipo st45 altamente clonal. As diferenças baseadas em ST foram ainda destacadas pela distribuição de loci de resistência antimicrobiana acessória (AMR). Por fim, uma visualização ancorada em filogenia foi usada para combinar genótipos hierárquicos e conteúdo AMR para revelar a estrutura de parentesco e assinaturas genômicas específicas da linhagem. Combinada, essa abordagem analítica fornece algumas diretrizes para a realização de análises genômicas populacionais heurísticas da população bacteriana utilizando informações pan-genômicas.

Introdução

O uso crescente do sequenciamento do genoma bacteriano (WGS) como base para vigilância de rotina e inquérito epidemiológico por laboratórios e agências reguladoras de Saúde Pública aprimorou substancialmente as investigações de surtos^de patógenos 1,2,3,4. Como consequência, grandes volumes de dados WGS não identificados estão agora disponíveis publicamente e podem ser usados para estudar aspectos da biologia populacional de espécies patogênicas em escala sem precedentes, incluindo estudos baseados em: estruturas populacionais, frequências de....

Protocolo

1. Prepare arquivos de entrada

NOTA: O protocolo está disponível aqui - https://github.com/jcgneto/jove_bacterial_population_genomics/tree/main/code. O protocolo pressupõe que o pesquisador tenha usado especificamente o ProkEvo (ou um pipeline comparável) para obter as saídas necessárias disponíveis neste repositório Figshare (https://figshare.com/account/projects/116625/articles/15097503 - credenciais de login são necessárias - O usuário deve criar uma conta gratuita para ter acesso ao arquivo!). Note-se que o ProkEvo baixa automaticamente sequências genômicas do repositório NCBI-SRA e requer apenas um arquivo .txt contendo ....

Resultados

Utilizando a plataforma computacional ProkEvo para análises de genômica populacional, o primeiro passo na mineração de dados bacterianas do WGS é composto por examinar a estrutura populacional hierárquica no contexto de uma filogenia núcleo-genoma (Figura 1). No caso de S. linhagem enterica I, como exemplificado pelo S. O conjunto de dados de Newport, a população é hierarquicamente estruturada da seguinte forma: sorovar (nível mais baixo de resolução).......

Discussão

A utilização de uma análise heurística e hierárquica da estrutura populacional baseada em sistemas fornece uma estrutura para identificar novas assinaturas genômicas em conjuntos de dados bacterianos que têm o potencial de explicar padrões ecológicos e epidemiológicos únicos²⁰. Além disso, o mapeamento de dados do genoma acessório na estrutura populacional pode ser usado para inferir traços adquiridos ancestralmente e/ou recém-derivados que facilitem a disseminação de linhagens ST.......

Materiais

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Core-genome phylogeny			https://figshare.com/account/projects/116625/articles/14829225?file=28548006
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Linux, Mac, or PC			any high-performance platform
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