A taxonomia de microrganismos procariotos é constituída por três áreas inter-relacionadas: classificação, nomenclatura e caracterização. A classificação é o agrupamento de microrganismos semelhantes em grupos taxonômicos. A nomenclatura é a atribuição de nomes aos grupos taxonômicos definidos pela classificação. E a caracterização é o processo de classificar e nomear um determinado isolado de microrganismo [1].
Os microrganismos procariotos possuem um sistema de caracterização denominado “taxonomia polifásica” e que considera vários tipos de informações fenotípicas e genéticas dos isolados. As informações fenotípicas incluem características quimiotaxonômicas, morfológicas e das condições de cultivo e isolamento. As informações genéticas incluem o conteúdo G+C, a porcentagem de hibridização de DNA-DNA (DDH) e a análise de similaridade entre sequências do gene que cofidica o RNA ribossomal 16S (rRNA 16S) [1].
A análise da sequências do rRNA 16S é uma das ferramentas mais usadas para determinar a posição filogenética e classificar taxonomicamente um microrganismo procarioto. Entretanto, as sequências do rRNA 16S são muito conservadas e muitas vezes não apresentam resolução suficiente para uma classificação em nível de espécie. Atualmente, considera-se que dois microrganimos que compartilham sequências do rRNA 16S com identidade ≥ 95% podem ser classificados no mesmo gênero e se apresentarem identidade ≥ 98,7% podem ser classificados como sendo da mesma espécie [1].
Outro critério taxômico amplamente utilizado em microrganismos procariotos é o ensaio de hibridização DNA-DNA (DDH). Um valor de porcentagem de DDH ≥ 70% foi recomendado como critério de classificação de isolados bacterianos em uma mesma espécie [2, 3]. O rápido desenvolvimento das tecnologias de sequenciamento e a maior disponibilidade de sequências de genomas bacterianos em bancos de dados públicos como o NCBI Microbial Genomes [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/microbes/], outras metodologias foram propostas para substituir os ensaios de DDH.
A identidade média de nucleotídeos (average nucleotide identity, ANI) foi proposto como um índice para estimar a similaridade genética entre pares de sequências de genomas de microrganismos bacterianos e determinar as suas classificações taxonômicas. Análise genômicas comparativas entre genomas de isolados de referência demonstraram que pares de genomas com valores de DDH ≥ 70% também apresentam valores de ANI ≥ 95% [4]. A similaridade entre pares de sequências de genomas pode ser estimada usando diferentes métodos e dois índices ANI tem sido adotados nas comparações genômicas. O ANIb é calculado usando o algoritmo do software BLAST [https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/] e o ANIm é calculado usando o algoritmo do software MUMmer [http://mummer.sourceforge.net/]. As ferramentas para o cálculo do ANI estão implementadas no servidor JSpeciesWS [http://jspecies.ribohost.com/jspeciesws/] e também no software pyani [http://widdowquinn.github.io/pyani/].
A hibridização DNA-DNA digital (dDDH) é outro método que também foi proposto para estimar a similaridade genética entre pares de genomas e substituir os ensaios de DDH. Esse método permite calcular uma estimativa do valor de DDH a partir da quantificação da similaridade entre pares de sequências de genomas. O software Genome Genome Distance Calculator (GGDC) [http://ggdc.dsmz.de/] usa o algoritmo do BLAST para calcular a similaridade entre pares de genomas e prediz o valord de dDDH usando um modelo estatístico, que também fornece um intervalo de confiança para a predição.
Referências
[1] Sentausa E, Fournier PE. Advantages and limitations of genomics in prokaryotic taxonomy. Clin Microbiol Infect. 2013; 19(9):790-5. https://doi.org/10.1111/1469-0691.12181
[2] Wayne L, Brenner DJ, Colwell RR, Grimont PAD, Kandler O, et al. Report of the Ad Hoc Committee on Reconciliation of Approaches to Bacterial Systematics. Int J Syst Bacteriol. 1987; 37:463-464.
[3]Rosselló-Móra R. DNA-DNA reassociation methods applied to microbial taxonomy and their critical evaluation. In: Molecular Identification, Systematics, and Population Structure of Prokaryotes. Berlin: Springer-Verlag; 2006. pp. 23–50.
[4] Richter M, Rosselló-Móra R. Shifting the genomic gold standard for the prokaryotic species definition. Proc Natl Acad Sci U S A. 2009; 106(45):19126-31. https://doi.org/10.1073/pnas.0906412106
[5] Meier-Kolthoff JP, Auch AF, Klenk HP, Göker M. Genome sequence-based species delimitation with confidence intervals and improved distance functions. BMC Bioinformatics. 2013; 14:60. https://doi.org/10.1186/1471-2105-14-60
