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Acceso Abierto
Culture-free genome-wide locus sequence typing (GLST) provides new perspectives on Trypanosoma cruzi dispersal and infection complexity
Título de la revista
Autores
Schwabl, Philipp
Maiguashca-Sánchez, Jalil
Costales, Jaime
Ocaña-Mayorga, Sofia
Segovia, Maikell
Carrasco, Hernán J.
Hernández, Carolina
Ramírez, Juan David
Lewis, Michael D.
Grijalva, Mario J.
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Fecha
2020
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Resumen
El análisis del polimorfismo genético es una poderosa herramienta para la vigilancia epidemiológica y investigar. Sin embargo, la inferencia poderosa de la variación genética del patógeno es a menudo restringido por el acceso limitado al ADN objetivo representativo, especialmente en el estudio de especies parásitas obligadas para las cuales el cultivo ex vivo requiere muchos recursos o es propenso a sesgos. Los métodos modernos de captura de secuencias permiten analizar directamente la variación genética de los patógenos del material del huésped/vector, pero a menudo son demasiado complejos y costosos para entornos de escasos recursos donde prevalecen las enfermedades infecciosas. Este estudio propone un método sencillo y rentable Herramienta de tipificación de secuencias de locus de todo el genoma (GLST) basada en la amplificación paralela masiva de puntos críticos de información en todo el genoma del patógeno objetivo. el multiplexado La reacción en cadena de la polimerasa amplifica cientos de objetivos genéticos diferentes definidos por el usuario en un único tubo de reacción y la posterior limpieza basada en gel de agarosa y código de barras completan la preparación de la biblioteca por menos de 4 USD por muestra. Nuestro estudio genera un modelo flexible Flujo de trabajo de diseño de panel de imprimación GLST para Trypanosoma cruzi, el agente parásito de Chagas enfermedad. Aplicamos con éxito nuestro panel GLST de 203 objetivos a extractos nómicos metagénicos directos y sin cultivo de vectores triatominos que contienen un mínimo de 3,69 pg/μl de ADN de T. cruzi y elaborar más sobre el rendimiento del método mediante la secuenciación de bibliotecas GLST de T. cruzi clones de referencia que representan unidades de tipificación discretas (DTU) TcI, TcIII, TcIV, TcV y TcVI. Los 780 sitios SNP que identificamos en el conjunto de muestras distinguen parásitos de forma repetitiva infectar vectores simpátricos y detectar correlaciones entre distancias genéticas y geográficas a escala regional (< 150 km), así como continental. Los marcadores también separan claramente TcI, TcIII, TcIV y TcV + TcVI y parecen distinguir infecciones multiclonales dentro de TcI. Discutimos las ventajas, limitaciones y perspectivas de nuestro método a través de un espectro de la investigación epidemiológica.
Abstract
Analysis of genetic polymorphism is a powerful tool for epidemiological surveillance and research. Powerful inference from pathogen genetic variation, however, is often restrained by limited access to representative target DNA, especially in the study of obli gate parasitic species for which ex vivo culture is resource-intensive or bias-prone. Mod ern sequence capture methods enable pathogen genetic variation to be analyzed directly from host/vector material but are often too complex and expensive for resource-poor set tings where infectious diseases prevail. This study proposes a simple, cost-effective ‘genome-wide locus sequence typing’ (GLST) tool based on massive parallel amplifica tion of information hotspots throughout the target pathogen genome. The multiplexed polymerase chain reaction amplifies hundreds of different, user-defined genetic targets in a single reaction tube, and subsequent agarose gel-based clean-up and barcoding com pletes library preparation at under 4 USD per sample. Our study generates a flexible GLST primer panel design workflow for Trypanosoma cruzi, the parasitic agent of Chagas disease. We successfully apply our 203-target GLST panel to direct, culture-free metage nomic extracts from triatomine vectors containing a minimum of 3.69 pg/μl T. cruzi DNA and further elaborate on method performance by sequencing GLST libraries from T. cruzi reference clones representing discrete typing units (DTUs) TcI, TcIII, TcIV, TcV and TcVI. The 780 SNP sites we identify in the sample set repeatably distinguish parasites infecting sympatric vectors and detect correlations between genetic and geographic dis tances at regional (< 150 km) as well as continental scales. The markers also clearly sep arate TcI, TcIII, TcIV and TcV + TcVI and appear to distinguish multiclonal infections within TcI. We discuss the advantages, limitations and prospects of our method across a spectrum of epidemiological research.
Palabras clave
Clonación , Clonación de ADN , Heterocigosidad , Reacción en cadena de la polimerasa , ADN satelital , Polimorfismos de un sólo nucleótido , Tripanosoma cruzi , Genotipos variantes
Keywords
Cloning , DNA cloning , Heterozygosity , Polymerase chain reaction , Satellite DNA , Single nucleotide polymorphisms , Trypanosoma cruzi , Variant genotypes
