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Genómica comparada y Metagenómica

Caracterización funcional, evolutiva y ecológica de ecosistemas microbianos.

Grupo de investigación dependiente del

Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (CBGP; UPM-INIA)

Los métodos de secuenciación genómica han revolucionado el modo en el que entendemos la biología. La comparación de los genomas de diferentes organismos nos permite comprender qué distingue a cada especie, su adaptación al medio, e incluso su interacción con otros organismos. Sin embargo, dada la enorme cantidad de datos derivada de la secuenciación de genomas, este tipo de comparaciones sólo es posible mediante el uso de métodos computacionales (bioinformática o biología computacional).

Por otro lado, la reciente aplicación de técnicas de secuenciación masiva al estudio de ecosistemas microbianos completos (metagenómica), ha desvelado una enorme diversidad de microorganismos desconocidos, así como una ingente cantidad de material genético sin caracterizar.

Nuestro laboratorio persigue, precisamente, caracterizar mediante técnicas computacionales las funciones génicas, evolución e implicaciones ecológicas, de dichas comunidades microbianas (microbiomas).

En particular, utilizamos técnicas filogenómicas para estudiar procesos como la sub/neofuncionalización de genes, la duplicación, la transferencia horizontal, la conservación de dominios y la detección de ortología.

A escala metagenómica, nos interesa la caracterización funcional de las comunidades microbianas en su conjunto, con el fin de identificar módulos funcionales asociados a condiciones ambientales específicas.

Para ello, combinamos técnicas de biología evolutiva, datos de secuenciación masiva y recursos computacionales de alto rendimiento.

Investigación

En la actualidad (2020), nuestras principales líneas de investigación son:

Metagenómica comparada

La metagenómica permite caracterizar comunidades microbianas a partir de la secuenciación masiva del ADN de los organismos que las componen. Nuestro laboratorio está interesado en el estudio comparado de dichas comunidades a lo largo de diferentes ecosistemas (suelo, océano, filosfera, microbiomas animales, etc.), con el fin de identificar los rasgos funcionales y filogenéticos asociados a condiciones específicas.

Estamos particularmente interesados en explorar la fracción desconocida de genes observada en dichas comunidades, es decir, aquellas secuencias sin homólogos en las bases de datos actuales o con un alto grado de divergencia evolutiva. Nuestros objetivos concretos son i) comprender las interacciones de las comunidades microbianas con su entorno, ii) identificar los módulos funcionales que puedan actuar como marcadores de condiciones ambientales específicas, y iii) descubrir nuevas funciones génicas, así como su posible papel ecológico y aplicaciones biotecnológicas.

Diversidad filogenética dentro de las comunidades microbianas

Los datos metagenómicos son incompletos, ruidosos, y en muchos casos desconocidos, por lo que actualmente representan un reto a la hora de realizar análisis de tipo evolutivo. Nuestro objetivo es explorar y caracterizar la biodiversidad microbiana (pro- y eucariota) utilizando métodos filogenómicos y bioinformáticos. Para ello, trabajamos en la implementación y aplicación de métodos de muestreo genómico y filogenia que permitan identificar especies microbianas desconocidas, estudiar sus pan-genomas, y mejorar los métodos de identificación de organismos a nivel de cepa.

Evolución de familias génicas

Nos interesan diferentes aspectos de la evolución de familias génicas, tales como la datación de funciones específicas, el estudio de eventos de duplicación, la identificación de transferencias horizontales de genes, o la caracterización de eventos de fusión génica.

Estamos especializados en el análisis filogenómico a gran escala, mediante el cual podemos comparar cientos de genomas al mismo tiempo y automatizar muchos de los análisis. En general, aplicamos estas técnicas para ampliar el conocimiento sobre la evolución de genes concretos, su función y su relación con factores ecológicos.

Métodos y herramientas filogenómicas

Desarrollamos métodos y herramientas bioinformáticas orientadas a la predicción funcional y análisis metagenómico, así como recursos web y bases de datos genómicas. Estas herramientas son el resultado de nuestras propias necesidades de investigación, pero nos esforzamos en proporcionar implementaciones de código abierto que sean útiles para otros investigadores en el campo.