Análisis bioinformático del efecto de mutaciones en el gen katG de cepas de Mycobacterium tuberculosis de Michoacán y Querétaro, sobre la estructura y función de la proteína codificada

Abstract

Tuberculosis (TB) is a chronic infectious disease caused by Mycobacterium tuberculosis; a bacterium that is acquired by air and mainly affects the respiratory system. TB is considered the second infectious disease after HIV in developing countries. The World Health Organization reported in 2005, 10 million cases of active TB, with an estimated 1.5 million associated deaths. This disease has become a public health problem because of its high capacity to develop drug resistance, with multidrug-resistant (MDR-TB) and extremely drug-resistant (XDR-TB) strains. One of the molecular mechanisms of resistance to isoniazid (INH) are mutations in the katG gene. The frequency of mutation in this gene differs according to the geographic location and periods analyzed. In this work, 39 isolates were analyzed; of which 20 belong to the state of Michoacán isolated in the period 2014 - 2015 and 19 of the state of Querétaro isolated in 2015. Mutations in the katG gene were detected by PCR, sequencing and comparison in GenBank. The multiple alignment was performed with the ClustalX 2.1 and MEGA 7.0.14 programs. The mutation frequency for the gene analyzed in the Michoacán isolates was 35%, with the mutations S315T, R463L and P325S. For the case of Querétaro the mutation frequency was 26.3% but only the S315T and R463L mutations were observed. In addition, an in silico analysis was performed to analyze if such mutations affected the stability of the protein structure encoded by katG. The DUET server predicted that 100% of the mutations found affected the homodimer formation of the encoded protein. The SIFT server predicted that 40% of the mutations found were tolerated and 60% were not.

La tuberculosis (TB) es una enfermedad infecciosa crónica causada por Mycobacterium tuberculosis, una bacteria que es adquirida por vía aérea y afecta mayoritariamente al sistema respiratorio. La TB se considera la segunda enfermedad infecciosa después del VIH en países en desarrollo. La Organización Mundial de la Salud reportó en el 2015, 10 millones de casos de TB activa, con un estimado de 1.5 millones de muertes asociadas. Esta enfermedad se ha convertido en un problema de salud pública por su alta capacidad de desarrollar farmacorresistencia, encontrándose cepas Multidrogorresistentes (MDR-TB) y extremadamente drogorresistentes (XDR-TB). Uno de los mecanismos moleculares de resistencia a isoniazida (INH) son mutaciones en el gen katG. La frecuencia de mutación en dicho gen difiere según la ubicación geográfica y periodos analizados. En este trabajo se analizaron 39 aislados, de los cuales 20 pertenecen al estado de Michoacán aislados en el periodo 2014 - 2015 y 19 del estado de Querétaro aislados en 2015. Las mutaciones en el gen katG se detectaron mediante PCR, secuenciación y comparación en GenBank. El alineamiento múltiple se realizó con los programas ClustalX 2.1 y MEGA 7.0.14. La frecuencia de mutación para el gen analizado en los aislados de Michoacán fue de 35%, encontrándose las mutaciones S315T, R463L y P325S. Para el caso de Querétaro la frecuencia de mutación fue de 26.3% pero sólo se observaron las mutaciones S315T y R463L. Además se analizó in silico si dichas mutaciones afectaban la estabilidad de la estructura de la proteína codificada por katG. El servidor DUET predijo que el 100% de las mutaciones encontradas afectaban la formación del homodímero de la proteína codificada. El servidor SIFT predijo que el 40% de las mutaciones encontradas son toleradas y 60% no lo son.