# name
Novel bioinformatic methods for the metagenomic analysis of non-invasive samples from the endangered species Galemys pyrenaicus: monitoring population genomics, ecology, and health

# metadata.dc.contributor.other[].value
Universitat de Barcelona. Facultat de Biologia

# metadata.dc.description.abstract[].value
[eng] The use of genomic methods has become an important tool in conservation programs for endangered species. These methods have been used mainly to study population genomics, but they have the potential to provide additional information, especially about the trophic ecology and health of individuals and species. One promising way to expand conservation genomics methods is to analyze fecal samples using metagenomic techniques. Fecal samples can be collected with minimal disturbance to the animals, and they can provide important insights into diet, gut microbiome, and pathogens. Combining these samples with modern bioinformatic tools could help to learn critical aspects for the conservation of endangered species. However, metagenomic analysis in non-model species is a major challenge due to the lack of reference genome sequences or data limited to distantly related species. Fresh fecal samples of the Iberian desman (Galemys pyrenaicus) were used to construct metagenomic libraries, from which it was possible to analyze the overall composition of the DNA present in the feces. Using endogenous nuclear DNA, population structure was analyzed through Principal Components Analysis (PCA), while endogenous mitochondrial genomes were also reconstructed. For the analysis of exogenous DNA of eukaryotic origin, a novel bioinformatic method was developed that uses assembled consensus sequences for mapping instead of individual reads, which allowed improving classifications using various reference databases. This method facilitated the characterization of diet composition and the identification of parasites. Additionally, it enabled the estimation of relative abundances through depth of coverage. For the exogenous DNA of bacterial origin, a specific method was developed to detect potentially pathogenic bacteria at the species level from metagenomic sequences by mapping unassembled reads to complete reference genomes. The approach used the breadth of coverage rather than the number of mapped reads for species identification, thereby minimizing false positives due to conserved or repetitive genomic regions. The analysis revealed the presence of 19 potentially pathogenic bacterial species, with prevalences ranging from a single individual to 30% of the samples. Desmans with elevated or altered pathogen loads were detected, suggesting differences in individual health status or variations in exposure to environmental factors. Application of this method across populations and over time for endangered species may provide essential health and epidemiological information to improve conservation strategies.

# metadata.dc.description.abstract[].value
[cat] L'ús de mètodes genòmics s'ha convertit en una eina important en programes de conservació d'espècies amenaçades. Aquests mètodes s'han utilitzat principalment per estudiar la genòmica de poblacions, però tenen el potencial de proporcionar informació addicional, especialment sobre l'ecologia tròfica i la salut dels individus i les espècies. Una manera prometedora d'expandir els mètodes de genòmica de conservació és analitzar mostres fecals fent servir tècniques metagenòmiques. Les mostres fecals es poden recollir amb una mínima pertorbació per als animals, i poden proporcionar informació important sobre la dieta, el microbioma intestinal i els patògens. La combinació d'aquestes mostres amb eines bioinformàtiques modernes podria ajudar a aprendre aspectes crítics per a la conservació d'espècies amenaçades. No obstant això, l'anàlisi metagenòmica en espècies no model és un repte important a causa de la manca de seqüències genòmiques de referència o de dades limitades a espècies distants. Es van utilitzar mostres fecals fresques de l'almesquera (Galemys pyrenaicus) per construir biblioteques metagenòmiques, a partir de les quals es va poder analitzar la composició general de l'ADN present en les femtes. Fent servir ADN nuclear endogen, l'estructura poblacional es va analitzar a través de l'Anàlisi de Components Principals (PCA), mentre que els genomes mitocondrials endògens també es van reconstruir. Per a l'anàlisi de l'ADN exogen d'origen eucariota, es va desenvolupar un nou mètode bioinformàtic que fa servir seqüències de consens assemblades per al mapejat en lloc de lectures individuals, cosa que va permetre millorar les classificacions fent servir diverses bases de dades de referència. Aquest mètode va facilitar la caracterització de la composició de la dieta i la identificació de paràsits. A més, va permetre l'estimació d'abundàncies relatives a través de la profunditat de cobertura. Per a l'ADN exogen d'origen bacterià, es va desenvolupar un mètode específic per detectar bacteris potencialment patògens a escala d'espècie a partir de seqüències metagenòmiques, mitjançant el mapatge de lectures no assemblades per completar genomes de referència. L'enfocament feia servir l'amplitud de la cobertura en lloc del nombre de lectures mapades per a la identificació d'espècies, minimitzant així falsos positius a causa de regions genòmiques conservades o repetitives. L'anàlisi va revelar la presència de 19 espècies bacterianes potencialment patògenes, amb prevalences que van des d'un sol individu fins al 30% de les mostres. Es van detectar almesqueres amb càrregues de patògens elevades o alterades, suggerint diferències en l'estat de salut individual o variacions en l'exposició a factors ambientals. L'aplicació d'aquest mètode a través de les poblacions i amb el temps per a les espècies en perill d'extinció pot proporcionar informació essencial de salut i epidemiologia per millorar les estratègies de conservació.

# metadata.dc.description.abstract[].value
[spa] El uso de métodos genómicos se ha convertido en una herramienta importante en los programas de conservación de especies en peligro de extinción. Estos métodos se han utilizado principalmente para estudiar la genómica de poblaciones, pero tienen el potencial de proporcionar información adicional, especialmente sobre la ecología trófica y la salud de individuos y especies. Una forma prometedora de ampliar los métodos de genómica para la conservación es analizar muestras fecales utilizando técnicas metagenómicas. Las muestras fecales pueden recolectarse con un mínimo de perturbación para los animales y pueden aportar información clave sobre la dieta, el microbioma intestinal y los patógenos. Combinar estas muestras con herramientas bioinformáticas modernas podría ayudar a obtener datos críticos para la conservación de especies en peligro. Sin embargo, el análisis metagenómico en especies no modelo presenta un desafío importante debido a la falta de secuencias de genomas de referencia o a datos limitados a especies lejanamente relacionadas. Se utilizaron muestras fecales frescas del desmán ibérico (Galemys pyrenaicus) para construir bibliotecas metagenómicas, a partir de las cuales fue posible analizar la composición general del ADN presente en las heces. Mediante ADN nuclear endógeno, se analizó la estructura poblacional a través de un Análisis de Componentes Principales (PCA), mientras que también se reconstruyeron genomas mitocondriales endógenos. Para el análisis de ADN exógeno de origen eucariota, se desarrolló un nuevo método bioinformático que utiliza secuencias consenso ensambladas en lugar de lecturas individuales para el mapeo, lo que permitió mejorar las clasificaciones utilizando varias bases de datos de referencia. Este método facilitó la caracterización de la composición de la dieta y la identificación de parásitos, además de permitir la estimación de abundancias relativas mediante la profundidad de cobertura. Para el ADN exógeno de origen bacteriano, se desarrolló un método específico para detectar bacterias potencialmente patógenas a nivel de especie a partir de secuencias metagenómicas, mediante el mapeo de lecturas no ensambladas a genomas de referencia completos. Este enfoque utilizó la amplitud de cobertura en lugar del número de lecturas mapeadas para la identificación de especies, minimizando así los falsos positivos causados por regiones genómicas conservadas o repetitivas. El análisis reveló la presencia de 19 especies bacterianas potencialmente patógenas, con prevalencias que iban desde un solo individuo hasta el 30 % de las muestras. Se detectaron desmanes con cargas elevadas o alteradas de patógenos, lo que sugiere diferencias en el estado de salud individual o variaciones en la exposición a factores ambientales. La aplicación de este método en diferentes poblaciones y a lo largo del tiempo para especies en peligro puede proporcionar información esencial sobre salud y epidemiología para mejorar las estrategias de conservación.

# metadata.dc.title[].value
Novel bioinformatic methods for the metagenomic analysis of non-invasive samples from the endangered species Galemys pyrenaicus: monitoring population genomics, ecology, and health