Sistema CRISPR/Cas como marcador poblacional en Klebsiella pneumoniae: Un enfoque bioinformático

Abstract

El sistema CRISPR/Cas es un mecanismo de inmunidad adaptativa presente en procariotas que almacena fragmentos de material genético exógeno adquiridos durante infecciones previas. Debido a esta capacidad, los arreglos CRISPR constituyen registros dinámicos de la interacción bacteriana con elementos genéticos móviles, lo que plantea su potencial uso como marcador poblacional y epidemiológico, así como su posible relación con la resistencia a antibióticos. En este estudio se analizaron genomas completos de K. pneumoniae disponibles en la base de datos BV-BRC. Los arreglos CRISPR fueron identificados mediante CRISPRCasFinder y posteriormente procesados mediante scripts desarrollados en Python. Además, se implementaron modelos de machine learning para evaluar la asociación entre espaciadores, patrones CRISPR y resistencia antimicrobiana. Menos de la mitad de las cepas analizadas presentó sistema CRISPR/Cas. Entre ellas se observaron perfiles susceptibles, resistentes y multirresistentes a antibióticos, lo que indica que la presencia del sistema no excluye la coexistencia con la resistencia antimicrobiana. Asimismo, se identificaron 664 espaciadores y 157 patrones de espaciadores, evidenciando una alta variabilidad en la composición de los arreglos CRISPR. Tres cepas aisladas de distintas regiones geográficas en diferentes años comparten arreglos altamente similares, lo que sugiere una posible historia evolutiva compartida del locus CRISPR. Los análisis exploratorios con modelos predictivos mostraron que determinados espaciadores y patrones CRISPR contribuyeron a la clasificación de cepas resistentes dentro del conjunto de los datos analizados. En conjunto, los resultados sugieren que el sistema CRISPR/Cas podría presentar cierta flexibilidad frente a la adquisición de material genético externo, particularmente en cepas resistentes. Asimismo, la conservación de arreglos CRISPR altamente similares entre cepas aisladas en diferentes contextos geográficos respalda su potencial utilidad como marcador poblacional y epidemiológico. Finalmente, la asociación observada entre determinados espaciadores y la predicción de resistencia antimicrobiana indica una relación más compleja entre CRISPR/Cas y resistencia a antibióticos de lo planteado tradicionalmente.