L'annotazione funzionale e l'analisi genomica comparativa di Balamuthia mandrillaris rivelano potenziale virulenza

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 14318 (2023) Citare questo articolo

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Balamuthia mandrillaris è un protozoo patogeno che provoca un'infezione rara ma quasi sempre fatale del sistema nervoso centrale e, in alcuni casi, lesioni cutanee. Attualmente, i dati genomici di questa ameba a vita libera includono la descrizione di diversi genomi mitocondriali completi. Al contrario, in GenBank sono disponibili due genomi completi con qualità bozza, ma nessuno di questi ha un'annotazione funzionale. Nel presente studio, il genoma completo di B. mandrillaris isolato da una laguna artificiale di acqua dolce è stato sequenziato e assemblato, ottenendo un genoma assemblato con valori dei parametri di qualità di assemblaggio migliori rispetto ai genomi attualmente disponibili. Successivamente, il genoma menzionato in precedenza, insieme ai ceppi V039 e 2046, sono stati sottoposti ad annotazione funzionale. Infine, è stata eseguita l'analisi genomica comparativa e si è scoperto che i geni omologhi nel genoma centrale sono potenzialmente coinvolti nella virulenza di Acanthamoeba spp. e Trypanosoma cruzi. Inoltre, undici dei quindici geni sono stati identificati nei tre ceppi descritti come potenziali geni bersaglio per sviluppare nuovi approcci terapeutici per le infezioni da B. mandrillaris. Questi risultati descrivono le proteine ​​nel genoma completo di questo protozoo e aiutano a stabilire le priorità su quali geni bersaglio potrebbero essere utilizzati per sviluppare nuovi trattamenti.

Balamuthia mandrillaris è un'ameba a vita libera (FLA) ampiamente distribuita nell'ambiente dei paesi più caldi1. È l'agente causale di un'infezione cronica chiamata encefalite amebica di Balamuthia (BAE) e, in alcuni casi, le lesioni cutanee precedono l'infezione del sistema nervoso centrale (SNC)2. Inoltre, è stato riferito che questa infezione colpisce persone immunocompetenti e immunocompromesse e attualmente sono stati segnalati più di 200 casi in tutto il mondo con un tasso di mortalità > 90%, la maggior parte dei quali si è verificata negli Stati Uniti e in Sud America3. Questo alto tasso di mortalità è dovuto principalmente alla difficoltà di ottenere una diagnosi precoce (quando la malattia può essere gestibile), unita alla mancanza di farmaci specifici per le infezioni da B. mandrillaris; l’attuale trattamento consiste in una combinazione di antimicrobici selezionati per lo più empiricamente, che al momento danno luogo a pochi casi di sopravvivenza4. Per questo motivo è necessario implementare tecniche che coinvolgano le scienze omiche nello studio di questo FLA per identificare domini proteici noti per avanzare all'annotazione funzionale e fornire strumenti per la conoscenza della patonomica di questo protozoo5.

Attualmente, le informazioni genomiche di questo microrganismo sono scarse e sono stati annotati solo i genomi mitocondriali di diversi isolati, con lunghezze che vanno da 39,8 a 42,8 Kb, 2 RNA ribosomiali (rRNA), da 13 a 18 RNA di trasferimento (tRNA) e 33 a 38 sequenze codificanti proteine4, 6. In uno studio recente, è stato analizzato il trascrittoma di B. mandrillaris, circa il 40% delle proteine ​​previste è stato annotato funzionalmente e sono stati identificati 15 geni bersaglio per nuovi approcci terapeutici per le infezioni da B. mandrillaris7. Tuttavia, non esiste un genoma annotato completo di questo FLA in GenBank e sono disponibili solo due genomi di qualità bozza per i ceppi 2046 e V039, che variano in dimensioni rispettivamente da 44 a 68 Mb8, 9.

Per quanto riguarda altri microrganismi di rilevanza medica, sono stati riportati studi che combinano annotazione funzionale e genomica comparativa per identificare geni correlati alla resistenza agli antibiotici, fattori di virulenza, regolatori trascrizionali, motilità e altri10,11,12,13. L'analisi del pangenoma del FLA ha rivelato geni unici nelle specie patogene di Acanthamoeba e Naegleria fowleri. Per Acanthamoeba, i geni coinvolti nella virulenza sono stati segnalati come metalloproteasi, proteine ​​leganti la laminina e proteine ​​da shock termico14. Per Naegleria fowleri sono stati identificati i geni correlati all'autofagia, alla dinamica del citoscheletro e della membrana, alla motilità, ai prodotti secretori, alla risposta allo stress e alle modifiche post-traduzionali15.