CupriaOMICS: Enfoque multi-ómico para la identificación de determinantes genéticos involucrados en la resistencia al cadmio en cepas indígenas metalotolerantes del género Cupriavidus

El cadmio (Cd) es un metal pesado altamente tóxico y móvil, cuya presencia en suelos agrícolas representa un riesgo crítico para la salud pública y la economía. Dada las múltiples problemáticas asociadas a la presencia del Cd, resulta creciente la necesidad de estrategias de mitigación que se enmarquen en las necesidades ambientales actuales, como por ejemplo la remediación mediada por microorganismos. Entre las alternativas más atractivas se encuentra el uso de bacterias metalotolerantes como Cupriavidus. Estas bacterias cuentan con una estructura genética multipartita compuesta por un cromosoma central y mega-plásmidos, siendo estos últimos los principales involucrados en la respuesta a metales pesados. Ejemplo de ello son los conocidos plásmidos pMOL28 y pMOL30, y sus complejos de proteínas czcCBA y cnrCBA responsables de la tolerancia a Cd2+, Zn2+ y Co2+ conferida por pMOL30 y Ni2+ y Co2+ por pMOL28. En ese sentido no resulta extraño que desde que se describió la cepa modelo Cupriavidus necator N-1 los reportes sobre tolerancia y captación de metales en otras especies del género han aumentado. Asimismo, son frecuentes los hallazgos de aislados no identificados a nivel de especie con fenotipos similares, lo que sugiere que la interacción con metales pesados no es un hecho aislado, sino probablemente un atributo evolutivo distribuido en todo el género. En línea con ello, un estudio de nuestro grupo reveló una especialización ecológica de las cepas de Cupriavidus, las cuales dominaron la fracción metal-tolerante en suelos contaminados, mostrando una abundancia proporcional a la concentración de Cd indistintamente de la región de procedencia. Más aún, aislamientos representativos de esta fracción revelaron fenotipos funcionales de captación de Cd eficientes, como la cepa CZ2001 que evidenció una bioacumulación intracelular superior al 60% y una capacidad de biosorción del 36.7%. No obstante, aunque este fenotipo es prometedor, debido a la innegable relevancia de los componentes genéticos de las Cupriavidus, resulta indispensable profundizar en los determinantes genéticos involucrados en la respuesta. De esta manera la caracterización genómica integral no solo permitirá la identificación de mecanismos adaptativos especializados, sino también permitirá realizar asignaciones taxonómicas mediante estudios filogenéticos los cuales resultan esenciales para la selección y validación de cepas biológicamente seguras con potencial tecnológico. Cabe resaltar que la identificación de mecanismos adaptativos especializados no solo contribuye con el conocimiento del proceso de respuesta a metales sino que resulta esencial para optimizar procesos de biorremediación eficientes. En ese sentido la presente propuesta tiene como objetivo identificar y caracterizar los determinantes genéticos asociados a la resistencia al cadmio en cepas metalotolerantes del género Cupriavidus mediante un enfoque multi-ómico integrado. Para ello, el proyecto se ejecutará en tres fases orientadas por objetivos específicos. En primer lugar se construirá el pangenoma de Cupriavidus a partir de genomas públicos analizados. Se definirá el core-genoma mediante un análisis estratificado que diferencie el cromosoma principal de los replicones secundarios, permitiendo identificar determinantes de resistencia conservados y variantes de secuencia mediante alineamientos múltiples. En una segunda etapa se realizará la secuenciación de novo de las cepas selectas con el objetivo de identificar los posibles determinantes génicos involucrados en la respuesta a cadmio. Para ello, los genomas se ensamblarán y se anotarán utilizando genomas de referencia del género. Los genomas ensamblados serán utilizados para análisis filogenómicos con el fin de determinar la identidad precisa de los aislamientos, la cual será confirmada mediante ANI y dDDH. Seguidamente se identificará el resistoma y se detectarán clusters biosintéticos de metabolitos secundarios coadyuvantes en la supervivencia ba