Identificación de potenciales genes homólogos luxR asociados al sistema Quorum-Sensing en Microcystis aeruginosa

Abstract

Las Floraciones Cianobacterianas Nocivas (CianoHABs) son eventos naturales resultantes del crecimiento excesivo de cianobacterias en cuerpos de agua, que desencadenan una cascada de efectos nocivos sobre la ecología acuática y el bienestar humano. Su ocurrencia se atribuye comúnmente a factores ambientales; sin embargo, una causa menos estudiada es la compleja red de interacciones microbianas mediadas por el Quorum-Sensing (QS), el cual controla una variedad de respuestas fisiológicas en cianobacterias asociadas a la formación de CianoHABs. Por ello, el estudio del sistema QS y de los mecanismos moleculares que lo controlan se ha propuesto como un enfoque novedoso para el desarrollo de estrategias de prevención o mitigación de CianoHABs. En este contexto, el objetivo de esta investigación fue de identificar los potenciales genes luxR, codificantes para receptores del sistema QS, en el genoma completo de Microcystis aeruginosa, la principal cianobacteria causante de CianoHABs a nivel global. Se seleccionó un grupo de 148 proteínas LuxR de la base de datos UniProt y se alinearon contra el genoma de referencia M. aeruginosa NIES-88 tomado del NCBI, para identificar potenciales loci correspondientes a genes luxR. Las coincidencias se analizaron con tres programas predictores de dominios proteicos para identificar la presencia de motivos funcionales característicos de la familia LuxR. Posteriormente, se generaron primers específicos para cada gen y estos fueron utilizados para obtener secuencias experimentales a partir de un cultivo mixto de Microcystis. Se identificaron seis potenciales genes luxR in silico en el genoma de M. aeruginosa NIES-88, los cuales contenían el motivo de unión al ADN característico de esta familia de proteínas. Asimismo, se obtuvieron de manera experimental las secuencias de los genes reportados in silico, cuya búsqueda BLAST confirmó su especificidad y conservación dentro del género Microcystis, particularmente de M. aeruginosa. Las secuencias de nucleótidos y de aminoácidos de potencial luxR fueron reportadas.

Cyanobacterial Harmful Algal Blooms (CyanoHABs) are natural events resulting from the excessive growth of cyanobacteria in water bodies, triggering a cascade of harmful effects on aquatic ecology and human well-being. Their occurrence is commonly attributed to environmental factors; however, a less studied cause is the complex microbial interaction network mediated by Quorum-Sensing (QS), which controls a variety of physiological responses in cyanobacteria associated with CyanoHAB formation. Therefore, the study of the QS system and the molecular mechanisms that control it has been proposed as a novel approach for the development of CyanoHABs prevention or mitigation strategies. In this context, the aim of this research was to identify the potential luxR genes, encoding receptors of the QS system, in the complete genome of Microcystis aeruginosa, the primary cyanobacterium responsible for CyanoHABs worldwide. A pool of 148 LuxR proteins was selected from UniProt and aligned with the reference genome M. aeruginosa NIES-88 obtained from the NCBI, in order to identify potential luxR loci. The matches were analysed using three protein domain prediction programs to identify the presence of functional motifs characteristic of the LuxR family. Later, a set of specific primers were designed for each gene and these were used to obtain experimental sequences from a mixed Microcystis culture. Six potential luxR genes were identified in silico in the M. aeruginosa NIES-88 genome, all of which contained the characteristic DNA-binding motif of this protein family. Additionally, experimental sequences for the genes identified in silico were obtained, and the BLAST search confirmed their specificity and conservation within the Microcystis genus, particularly in M. aeruginosa. The nucleotide and amino acid sequences from all potential luxR genes were reported.