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Constraints and Opportunities for Horizontal Gene Transfer in Bacterial Evolution

Descripción del proyecto

Investigar las razones del éxito de la transferencia genética horizontal en las bacterias

Existe una serie de factores que pueden influir en el éxito o el fracaso de la transferencia genética horizontal (TGH o HGT, por sus siglas en inglés), el proceso por el que se transfiere material genético entre distintos organismos. La TGH es una fuerza importante que impulsa la evolución bacteriana, pero su estudio ha supuesto todo un reto. El equipo del proyecto HorizonGT, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, arrojará luz sobre las fuerzas selectivas que impulsan el éxito de la TGH en poblaciones bacterianas. En concreto, el proyecto consiste en desarrollar una tecnología genética para medir la aptitud de miles de eventos de TGH. Al hacerlo, se identificarán las limitaciones que afectan al éxito de la TGH y se estudiará el papel del contexto genómico en la aptitud del hospedador. Los hallazgos mejorarán nuestra comprensión sobre un importante mecanismo subyacente a la ecología y la evolución bacterianas.

Objetivo

Horizontal gene transfer (HGT) –the movement of genetic material between individuals– is a significant force fueling bacterial evolution. Through HGT, bacteria acquire new traits, develop new metabolic capabilities and learn to withstand harsh environmental conditions. However, in some cases, HGT brings genetic information that is not advantageous to its host. Despite its crucial relevance for bacterial ecology and evolution, understanding the selective forces that drive the success (or failure) of HGT remains a major challenge. Previous studies addressing this challenge ignored the fact that not all HGT events are alike: incoming DNA can be integrated into the host genome (e.g. transposons, integrons), or it can stand as a physically separated, autonomous DNA molecule (e.g. plasmids). This difference in genomic context poses several mechanistic constraints that are likely to alter the evolutionary outcome of HGT.
Here, I will present a conceptually novel approach that explicitly considers genomic context to uncover the selective drivers of HGT in bacterial populations. First, I will develop a new genetic technology to obtain high-throughput fitness measurements of thousands of HGT events. Then, I will use these data to identify and quantify the constraints that determine the success of HGT, both considering the intrinsic effects of the transferred DNA and the role of genomic context on host fitness. Specifically, I will measure the fitness effects of genetic transfers mediated by plasmids (Obj. 1) or integrated into the chromosome and, in the latter case, in different regions of the chromosome (Obj. 2). Finally, I will leverage the rules derived from these analyses to reconstruct the role of HGT in the evolution of a relevant human pathogen (Obj. 3). This project will provide a quantitative and mechanistic understanding of the selective forces driving HGT, expanding horizons in evolutionary microbiology.

Régimen de financiación

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Institución de acogida

SERVICIO MADRILENO DE SALUD
Aportación neta de la UEn
€ 1 497 613,00
Dirección
Paseo De la Castellana, 280
28046 MADRID
España

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Región
Comunidad de Madrid Comunidad de Madrid Madrid
Tipo de actividad
Public bodies (excluding Research Organisations and Secondary or Higher Education Establishments)
Enlaces
Coste total
€ 1 497 613,00

Beneficiarios (1)