Anàlisi computacional de la microbiota intestinal i el comportament motor del nematode Caenorhabditis elegans

Abstract

El nematode Caenorhabditis elegans és considerat actualment un model efectiu per a la recerca experimental i biomèdica, ja que posseeix un desenvolupament ràpid, temps de generació curts i una elevada homologia genètica i molecular amb humans. No obstant això, alguns aspectes de la seva biologia fonamental encara no s'han elucidat de forma precisa, com són el seus patrons de moviment i la composició de la seva comunitat microbiana intestinal. Així doncs, en aquest projecte s'ha enfocat l'estudi de C. elegans des d'aquestes dues perspectives clarament diferenciades. D'una banda, s'ha elaborat un codi reproduïble útil que combina llenguatge GNU-Bash i R per tal de dur a terme un meta-anàlisi amb vuit datasets de seqüències disponibles públicament, i descriure així la microbiota entèrica d'alguns membres del gènere Caenorhabditis. D'altra banda, s'ha adaptat i optimitzat un pipeline bioinformàtic d'R apropiat per a la caracterització dels patrons locomotors de les soques N2 i CB4856 de C. elegans. Els resultats obtinguts de la primera part metodològica han permès contrastar la comunitat intestinal característica de diferents espècies de nematodes, mostrant una clara influència de l'entorn de creixement dels cucs en la composició de la seva microbiota. Per un altre costat, el comportament motor de C. elegans sembla establir-se segons una distribució de probabilitat mixta que recull els dos principals tipus de moviment: el serpenteig rectilini i les reorientacions. La possibilitat de caracteritzar aquests dos aspectes rellevants en la biologia del nematode suposen la base de futurs estudis en els quals podria inferir-se una possible interconnexió entre la microbiota intestinal i el moviment de C. elegans.

The nematode Caenorhabditis elegans is currently considered an effective model for experimental and biomedical research since it has fast development, short generation times and a high genetic and molecular homology with humans. However, some aspects of its fundamental biology, as its movement patterns and the composition of its intestinal microbiota, have not been clearly elucidated yet. Therefore, this project aims to study C. elegans from these two clearly differentiated perspectives. On the one hand, a useful reproducible code that combines GNU-Bash and R languages has been developed to carry out a meta-analysis with eight publicly available sequence datasets, in order to describe the enteric microbiota of some members of the Caenorhabditis genus. On the other hand, an appropriate R bioinformatic pipeline has been adapted and optimized for the characterization of the locomotor patterns of C. elegans N2 and CB4856 strains. The results obtained from the first methodological part have made it possible to contrast the characteristic intestinal community of different nematode species, showing a clear influence of the growth environment of worms on the composition of their microbiota. On the second one, the motor behaviour of C. elegansseems to be established according to a mixed probability distribution that includes the two main types of motion: rectilinear crawling and reorientation. The possibility of characterizing these two relevant aspects in the biology of the nematode is the basis for future studies in which a possible interconnection between the intestinal microbiota and the movement of C. elegans could be inferred.

El nematodo Caenorhabditis elegans es considerado actualmente un modelo efectivo para la investigación experimental y biomédica, puesto que posee un desarrollo rápido, tiempo de generación cortos y una elevada homología genética y molecular con humanos. Sin embargo, algunos aspectos de su biología fundamental todavía no se han elucidado de forma precisa, como son lo suyos patrones de movimiento y la composición de su comunidad microbiana intestinal. Así pues, en este proyecto se ha enfocado el estudio de C. elegans desde estas dos perspectivas claramente diferenciadas. Por un lado, se ha elaborado un código reproducible útil que combina lenguaje GNU-Bash y R para llevar a cabo un meta-análisis con ocho datasets de secuencias disponibles públicamente, y describir así la microbiota entérica de algunos miembros del género Caenorhabditis. Por otro lado, se ha adaptado y optimizado un pipeline bioinformático de R apropiado para la caracterización de los patrones locomotores de los troncos N2 y CB4856 de C. elegans. Los resultados obtenidos de la primera parte metodológica han permitido contrastar la comunidad intestinal característica de diferentes especies de nematodos, mostrando una clara influencia del entorno de crecimiento de los gusanos en la composición de su microbiota. Por otro lado, el comportamiento motor de C. elegans parece establecerse según una distribución de probabilidad mixta que recoge los dos principales tipos de movimiento: el serpenteig rectilíneo y las reorientaciones. La posibilidad de caracterizar estos dos aspectos relevantes en la biología del nematodo suponen la base de futuros estudios en los cuales podría inferirse un posible interconexionado entre la microbiota intestinal y el movimiento de C. elegans.