Una isla genómica ( IG ) es parte de un genoma que tiene evidencia de orígenes horizontales . [1] El término se utiliza generalmente en microbiología , especialmente con respecto a las bacterias . Una IG puede codificar muchas funciones, puede estar involucrada en la simbiosis o la patogénesis y puede ayudar a la adaptación de un organismo. Existen muchas subclases de IG que se basan en la función que confieren. [2] Por ejemplo, una IG asociada con la patogénesis a menudo se denomina isla de patogenicidad (PAI), mientras que las IG que contienen muchos genes resistentes a los antibióticos se conocen como islas de resistencia a los antibióticos. La misma IG puede ocurrir en especies distantemente relacionadas como resultado de varios tipos de transferencia horizontal de genes (transformación, conjugación, transducción). Esto se puede determinar mediante análisis de composición de bases, así como estimaciones de filogenia .
Se han desarrollado varios programas de predicción de islas genómicas. Estas herramientas se pueden agrupar en general en métodos basados en secuencias y métodos basados en genómica comparativa /filogenia.
Los métodos basados en secuencias dependen de la variación natural que existe entre la composición de la secuencia del genoma de diferentes especies. Las regiones genómicas que muestran una composición de secuencia anormal (como un sesgo de nucleótidos o de codones) sugieren que estas regiones pueden haber sido transferidas horizontalmente. Dos problemas importantes con estos métodos son que pueden ocurrir predicciones falsas debido a la variación natural en el genoma (a veces debido a genes altamente expresados) y que el ADN transferido horizontalmente mejorará (cambiará al genoma del huésped) con el tiempo; por lo tanto, las predicciones se limitan solo a los genes recientemente adquiridos.
Los métodos basados en la genómica comparativa intentan identificar regiones que muestran signos de que han sido transferidas horizontalmente utilizando información de varias especies relacionadas. Por ejemplo, una región genómica que está presente en una especie, pero no está presente en varias otras especies relacionadas sugiere que la región puede haber sido transferida horizontalmente. Las explicaciones alternativas son (i) que la región estaba presente en el ancestro común pero se ha perdido en todas las demás especies que se comparan, o (ii) que la región estaba ausente en el ancestro común pero se adquirió a través de mutación y selección en la especie en la que todavía se encuentra. El argumento a favor de múltiples deleciones de la región se fortalecería si hay evidencia de grupos externos de que la región estaba presente en el ancestro común, o si la filogenia implica que se requerirían relativamente pocos eventos de deleción reales. El argumento a favor de la adquisición a través de mutación se fortalecería si se sabe que la especie con la región ha divergido sustancialmente de las otras especies, o si la región en cuestión es pequeña. La plausibilidad de (i) o (ii) se modificaría si el muestreo de taxones omitiera muchas especies extintas que podrían haber poseído la región, y particularmente si la extinción estuviera correlacionada con la presencia de la región.
Un ejemplo de un método que integra varios de los métodos de predicción de IG más precisos es IslandViewer. [3]
En las bacterias , muchos sistemas de secreción de tipo III y tipo IV se encuentran en islas genómicas. Estas "islas" se caracterizan por su gran tamaño (>10 Kb ), su frecuente asociación con genes que codifican ARNt y un contenido de G+C diferente en comparación con el resto del genoma. Muchas islas genómicas están flanqueadas por estructuras repetidas y llevan fragmentos de otros elementos móviles como fagos y plásmidos . Algunas islas genómicas, incluidas las adyacentes a elementos integrativos y conjugativos (ICE), pueden escindirse espontáneamente del cromosoma y pueden transferirse a otros receptores adecuados. [4] Mientras que la escisión depende de la maquinaria de ICE presente, la integración se atribuye a las integrasas presentes en las islas genómicas.