El microbioma se refiere al conjunto completo de microorganismos, incluyendo bacterias, virus, hongos y otros microorganismos, que habitan en un ambiente particular, como el cuerpo humano, el suelo, el agua, o cualquier otro ecosistema. Estos microorganismos pueden ser tanto beneficiosos como perjudiciales, y su composición y diversidad pueden tener un impacto significativo en la salud y el funcionamiento de su entorno.
El estudio del microbioma implica el análisis de la composición, la diversidad, la actividad y la función de estos microorganismos en su hábitat. Esto se realiza a través de técnicas como la secuenciación de ADN, que permite identificar y caracterizar los diferentes tipos de microorganismos presentes en una muestra, así como su abundancia relativa y su potencial funcional.
Pero, ¿qué tipos de secuenciación existen a la hora de caracterizar el microbioma? A continuación, se describen los principales métodos:
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- 16S rRNA Sequencing: La secuenciación del gen ribosomal 16S es un tipo de secuenciación por amplicones que lee la región concreta del gen 16S rRNA, presente en todas las bacterias y arqueas. Esta secuenciación se puede complementar con la secuenciación ITS para hongos o la secuenciación 18S para protistas. Aunque esta técnica es la más común en estudios de microbioma, el abaratamiento de los costes de secuenciación y la mayor capacidad de análisis, están abriendo paso a la secuenciación metagenómica de tipo Shotgun en este campo.
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- Shotgun Metagenomic Sequencing: La secuenciación metagenómica tipo shotgun lleva a cabo la secuenciación de los fragmentos de ADN presentes en la muestra. A diferencia de la técnica anterior, que se centra en un gen específico, en este caso se realiza la secuenciación de todo el ADN presente en la muestra, sin requerir la amplicación previa de una región específica. De esta forma, se pueden caracterizar bacterias, arqueas, hongos, protistas y virus con una única técnica. Además, se secuencian los genes microbianos presentes en la muestra, permitiendo realizar estudios funcionales, así como llevar a cabo el estudio del resistoma (genes de resistencia a antibióticos). Dentro de este método de secuenciación se pueden diferenciar dos tipos:
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- Shallow shotgun metagenomic sequencing: Se lleva a cabo una secuenciación de menor cobertura, con un menor número de lecturas, lo que reduce el coste de secuenciación, así como la capacidad de cómputo necesaria para el análisis de los datos.
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- Deep Shotgun metagenomic sequencing: Se obtiene una mayor resolución y profundidad de lecturas por muestra, aumentando el coste de secuenciación. Este método se suele aplicar para la identificación de microorganismos poco frecuentes.
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- Shotgun Metagenomic Sequencing: La secuenciación metagenómica tipo shotgun lleva a cabo la secuenciación de los fragmentos de ADN presentes en la muestra. A diferencia de la técnica anterior, que se centra en un gen específico, en este caso se realiza la secuenciación de todo el ADN presente en la muestra, sin requerir la amplicación previa de una región específica. De esta forma, se pueden caracterizar bacterias, arqueas, hongos, protistas y virus con una única técnica. Además, se secuencian los genes microbianos presentes en la muestra, permitiendo realizar estudios funcionales, así como llevar a cabo el estudio del resistoma (genes de resistencia a antibióticos). Dentro de este método de secuenciación se pueden diferenciar dos tipos:
Comparativa entre 16S y Shotgun Metagenomic Sequencing
En la siguiente tabla se muestran las principales diferencias entre ambas técnicas.
| Características | Secuenciación del gen 16S | Secuenciación shotgun metagenómica |
| Objetivo | Identificar y caracterizar bacterias a nivel de género o especie en una muestra. | Secuenciar todo el ADN presente en una muestra, incluyendo bacterias, virus, hongos y otros microorganismos. |
| Enfoque | Se enfoca en amplificar y secuenciar una región específica del gen 16S bacteriano. | Secuencia todo el ADN presente en la muestra. |
| Amplificación del ADN | Se amplifica una región específica del gen 16S mediante PCR. | No requiere amplificación previa de una región del ADN. |
| Complejidad del análisis | Menos compleja, ya que se centra en una región concreta del genoma bacteriano. | Más compleja, ya que implica secuenciar y analizar todo el material genético presente en la muestra. |
| Cobertura taxonómica | Limitada a bacterias y arqueas, y a nivel de género o especie. | Amplia cobertura taxonómica, incluyendo bacterias, virus, hongos, etc. |
| Información funcional | Limitada a la identificación taxonómica de bacterias. | Permite la inferencia de la función genética de los microorganismos presentes en la muestra. |
| Costo | Generalmente más económica que la secuenciación metagenómica de tipo shotgun. | Generalmente más costosa debido al mayor coste de secuenciación y análisis de datos. |
| Aplicaciones comunes | Estudios de diversidad bacteriana, especialmente en microbioma humano y ambiental. | Estudios de diversidad y función microbiana en una variedad de entornos, incluyendo microbioma humano, ambiental y agrícola. |
| Resistencia a antibióticos | No permite el análisis de los genes de resistencia. | Permite el análisis de los genes de resistencia a antibióticos, incluyendo la identificación de la especie concreta que presenta el gen de resistencia. |
Nuestra perspectiva
A la vista de la comparativa presentada, en la unidad de I+D de Laboratorios Larrasa apostamos por la técnica Shallow Shotgun Metagenomics Sequencing, debido a que se obtienen unos resultados más amplios y completos respecto a la secuenciación del gen 16S y el coste más reducido en comparación a la secuenciación tipo Deep Shotgun.
Nuestro compromiso con el estudio de la microbiota nos lleva a estar en continua mejora técnica y formación en este ámbito de tan reciente relevancia científica. Por ello, Laboratorios Larrasa estará presente en el XV Whorkshop de la Sociedad Española de Microbiota Probióticos y Prebióticos (SEMiPyP) que tendrá lugar del 21 al 23 de febrero de 2024, con el objetivo de aprender y actualizar nuestro conocimiento sobre el estudio de la microbiota y aplicar nuestra tecnología NGS en el análisis del microbioma humano.
Si tienes algún proyecto en marcha sobre microbioma o quieres conocer más acerca de nuestros servicios, no dudes en ponerte en contacto con nosotros o visitar nuestra página web www.laborarioslarrasa.com
Bibliografía
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Stothart, M. R., McLoughlin, P. D., & Poissant, J. (2023). Shallow shotgun sequencing of the microbiome recapitulates 16S amplicon results and provides functional insights. Molecular ecology resources, 23(3), 549–564. https://doi.org/10.1111/1755-0998.13713
Durazzi, F., Sala, C., Castellani, G., Manfreda, G., Remondini, D., & De Cesare, A. (2021). Comparison between 16S rRNA and shotgun sequencing data for the taxonomic characterization of the gut microbiota. Scientific reports, 11(1), 3030. https://doi.org/10.1038/s41598-021-82726-y