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Vol. 4 N° 3, Edición Especial 2025 (132-140)
Salud y Ciencias de la Vida
ISSN: 2960-8317
132
Artículo de investigación
Análisis comparativo de la conservación y variabilidad de la
secuencia de flagelina en bacterias gramnegativas de interés
clínico
Comparative analysis of flagellin sequence conservation and variability in
gram-negative bacteria of clinical interest
Nataly Gabriela Flores Tapia*
Universidad Nacional de Chimborazo
Riobamba - Ecuador
ngflores.fslc@unach.edu.ec
https://orcid.org/0009-0000-0814-3565
Josue Andres Orozco Pilco
Universidad Nacional de Chimborazo
Riobamba - Ecuador
josuea.orozco@unach.edu.ec
https://orcid.org/0009-0001-3614-4394
*Correspondencia:
ngflores.fslc@unach.edu.ec
Cómo citar este artículo:
Flores, N., & Orozco, J. (2025). Análisis
comparativo de la conservación y
variabilidad de la secuencia de flagelina en
bacterias gramnegativas de interés clínico.
Esprint Investigación, 4(3), 132-140.
https://doi.org/10.61347/ei.v4i3.203
Recibido: 20 de octubre de 2025
Aceptado: 24 de noviembre de 2025
Publicado: 1 de diciembre de 2025
Resumen: La flagelina constituye el componente principal del filamento del flagelo
bacteriano que tiene como función la motilidad de la bacteria y la virulencia de patógenos
entéricos como Escherichia coli y Salmonella, generando respuestas inmunitarias intensas
mediante la unión al TLR5. Estas bacterias son de interés clínico ya que provocan
millones de infecciones anuales que afectan especialmente a poblaciones vulnerables. El
objetivo de este estudio fue analizar la conservación y variabilidad de la secuencia de
aminoácidos de la flagelina en bacterias como E. coli K12, S. enterica Paratyphi A y S.
typhimurium LT2. El diseño de la investigación fue descriptivo y comparativo; se
obtuvieron secuencias de aminoácidos de E. coli K12, S.
enterica Paratyphi A y S.
typhimurium LT2 desde UniProt. Posteriormente, se alinearon dichas secuencias con
ClustalW en MEGA 11 y se evaluó el porcentaje de similitud con Jalview. Finalmente, se
construyó un árbol filogenético con las bacterias en estudio. Los resultados mostraron
una similitud global del 55,2 %, con dominios N- y C-terminales altamente conservados
y el dominio central D3 con un porcentaje alto de variabilidad (65,1 %); E. coli presentó
una variabilidad del 47 % entre los serovares de Salmonella, mientras que estos serovares
alcanzaron un 70,6 % de homología. En conclusión, la proteína flagelina presenta un alto
grado de conservación en regiones de los extremos N- y C-terminales de la secuencia,
mientras que en el dominio central se encontró una mayor variabilidad.
Palabras clave: Análisis de secuencias, bacteria, bioinformática, genética, microbiología.
Abstract: The flagellin constitutes the main component of the filament of the bacterial flagellum,
which functions in the motility of the bacterium and the virulence of enteric pathogens such as
Escherichia coli and Salmonella, generating intense immune responses through binding to TLR5.
These bacteria are of clinical interest since they cause millions of infections annually that
especially affect vulnerable populations. The objective of this study was to analyze the
conservation and variability of the amino acid sequence of flagellin in bacteria such as E. coli K12,
S. enterica Paratyphi A, and S. typhimurium LT2. The research design was descriptive and
comparative; amino acid sequences of E. coli K12, S. enterica Paratyphi A, and S. typhimurium
LT2 were obtained from UniProt. Subsequently, said sequences were aligned with ClustalW in
MEGA 11, and the percentage of similarity was evaluated with Jalview. Finally, a phylogenetic
tree was constructed with bacteria under study. The results showed a global similarity of 55.2 %,
with highly conserved N- and C-terminal domains and the central D3 domain with a high
percentage of variability (65.1 %); E. coli presented a variability of 47 % among the Salmonella
serovars, while these serovars reached 70.6 % homology. In conclusion, the flagellin protein
presents a high degree of conservation in regions of the N- and C-terminal ends of the sequence,
while in the central domain, a greater variability was found.
Keywords: Bacteria, bioinformatics, genetics, microbiology, sequence analysis.
Copyright: Derechos de autor 2025 Nataly
Gabriela Flores Tapia, Josue Andres Orozco
Pilco.
Esta obra está bajo una licencia internacional
Creative
Commons Atribución-
NoComercial 4.0.
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1. Introducción
La flagelina es una subunidad de la proteína del flagelo en bacterias gramnegativas. Esta proteína es
esencial para la motilidad quimiotáctica, facilitando en la colonización de superficies mucosas y en la
diseminación dentro de los tejidos del huésped. Está codificada por el gen fliC y tiene una estructura
filamentosa helicoidal formada por dominios modulares: los internos D0 y D1, muy conservados,
garantizan el ensamblaje del filamento y la estabilidad mecánica, mientras que los externos D2 y D3,
que son altamente variables, contribuyen a la antigenicidad y a la adaptación al ambiente (Clasen et
al., 2023).
Una de las funciones de la flagelina en la estructura bacteriana es potenciar la capacidad patógena
al promover el ingreso a las células epiteliales y la formación de biofilms. Además, funciona como
patrón molecular ligado a patógenos (PAMP) mediante su interacción con el receptor Toll-like 5
(TLR5), esta unión activa las cascadas de transducción de señales NF-κB, MAPK e IRF3, posteriormente
se estimula la liberación de citoquinas inflamatorias como TNF-α, IL-6, IL-8 e IL-12 y de IFN-β. En el
interior de la célula, flagelina es detectada por el receptor NLR NAIP5, que junto al adaptador NLCR4
forma el inflamasoma; este complejo proteico activa la caspasa 1 desencadenando la producción de
citocinas proinflamatorias IL-1β e IL-18 esenciales para la respuesta inmunitaria del huésped (Talukder
et al., 2025).
Las funciones anteriormente descritas como motilidad y modulación inmune sitúan a la proteína
flagelina como una diana terapéutica clave, sobre todo en regiones endémicas donde varias bacterias
gramnegativas causan millones de casos anuales de diarrea y sepsis. En 2019 hubo 6,59 mil millones
de casos incidentes de infecciones entéricas y causaron 1,7 millones de muertes a nivel mundial (Wang
et al., 2025).
Los avances estructurales en los últimos años han delineado la conservación evolutiva del motor
flagelar bacteriano, revelando que el dominio D1 de la flagelina mantiene un 90% de identidad entre
Escherichia coli y Salmonella, asegurando compatibilidad en el ensamblaje del filamento y la propulsión
rotatoria (Carroll & Liu, 2020).
En bacterias gramnegativas patógenas, como las cepas de Salmonella Typhimurium, las
modificaciones postraduccionales en la flagelina resultan importantes para potenciar su capacidad
infecciosa. El proceso de metilación en ciertos residuos de lisina presentes en las proteínas FliC y FljB
incrementa la naturaleza hidrofóbica de la superficie del flagelo; este cambio facilita que la bacteria se
adhiera de mejor manera tanto a las células del epitelio intestinal como a las vesículas lipídicas del
huésped. Experimentos con mutantes deficientes en esta metilación revelan una colonización intestinal
notablemente inferior en modelos de ratones, junto con una capacidad de invasión celular in vitro
significativamente mermada, lo que ilustra cómo los cambios en las zonas expuestas de la flagelina
afinan y optimizan el proceso infeccioso (Horstmann et al., 2020).
La capacidad de movimiento impulsada por flagelos juega un papel fundamental en la agresividad
de bacterias gramnegativas patógenas, tales como Salmonella enterica, su serovar Typhimurium y
Escherichia coli, ya que promueve la adhesión inicial y la propagación sobre tejidos del huésped.
Estudios recientes indican que variantes sin flagelos en S. Typhimurium presentan una disminución
marcada en el desarrollo de biofilms, alcanzando hasta un 80% menos de masa biológica acumulada,
lo que recalca la importancia central de este mecanismo locomotor en el establecimiento y evolución
de agregados bacterianos infecciosos. No obstante, la motilidad no resulta esencial para la formación
de biofilms ni para conservar la capacidad competitiva en ambientes mixtos, donde los mutantes
inmóviles mantienen una aptitud relativa similar (Vilas et al., 2024).
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Estos hallazgos se extienden a E. coli, donde la variabilidad dual de flagelinas secuencial en el núcleo
y conformacional en regiones hipervariables facilita la adaptación a nichos intestinales, con
variabilidad en HVRs (regiones hipervariables) que alcanza hasta 50% entre aislados patógenos y
comensales (Hu & Reeves, 2020).
Aun así, persisten vacíos notables en la unificación de estos hallazgos; investigaciones enfocadas en
E. coli O157:H7 revelan que la capacidad para sortear el receptor TLR5 radica en glicosilaciones
postraduccionales, en vez de mutaciones directas en la secuencia de fliC, aunque todavía escasean
evaluaciones numéricas cruzadas entre especies que calculen la entropía a nivel de dominios proteicos
con el fin de estimar el grado de inmunogenicidad (Tan et al., 2023).
En el caso de Salmonella, las dinámicas con microorganismos comensales del intestino, tales como
E. coli residente, alteran la transcripción de loci de virulencia, aunque la heterogeneidad en
componentes flagelares dentro de entornos microbianos compartidos sigue siendo un territorio poco
cartografiado, lo que frena la elaboración de simulaciones pronósticas para intervenciones terapéuticas
multifactoriales. Adicionalmente, la carencia de evaluaciones filogenéticas que integren
cuantificaciones de divergencia en módulos proteicos funcionales limita la deducción de linajes
evolutivos pertinentes para la clasificación serológica en contextos hospitalarios, sobre todo en linajes
resistentes que van ganando terreno (Khan et al., 2025).
La alta prevalencia de infecciones intestinales por bacterias como: Escherichia coli y Salmonella,
juntamente con el desarrollo de resistencia a los antimicrobianos (RAM), se ha convertido en un riesgo
para la salud a nivel mundial. Dentro de este escenario, el estudio estructural de la flagelina emerge
como una opción para diseñar adyuvantes en vacunas dirigidos al receptor Toll-like 5 (TLR5), gracias
a su perfil de escasa toxicidad y su habilidad para desencadenar defensas inmunitarias innatas
potentes. Sin embargo, las diferencias en la composición de aminoácidos de esta proteína entre
bacterias gramnegativas complican la creación de inmunógenos universales para la creación de
métodos de diagnóstico y vacunas, por lo que surge la necesidad de estudiar las secuencias de
aminoácidos de la flagelina como primer paso para la creación de nuevas tecnologías de diagnóstico
médico.
El objetivo del presente estudio es analizar la conservación y variabilidad de la secuencia de
aminoácidos de la proteína flagelina en bacterias gramnegativas de interés clínico, para comprender
su evolución y posibles usos en nuevas estrategias diagnósticas o terapéuticas. Se hipotetiza que las
secuencias de flagelina en bacterias gramnegativas de interés clínico presentan regiones altamente
conservadas relacionadas con su función estructural y motilidad, mientras que las regiones variables
se localizan preferentemente en dominios expuestos al sistema inmune.
2. Metodología
La investigación se enmarcó en un estudio descriptivo y comparativo, con una aproximación in silico.
El enfoque fue cuantitativo, fundamentado en el porcentaje de conservación y variabilidad de las
secuencias de aminoácidos de los microorganismos estudiados. El diseño de la investigación fue
transversal, ya que se analizaron las secuencias cargadas en una base de datos de proteínas en un único
momento.
La elección de las bacterias gramnegativas se realizó por conveniencia, considerando que la
secuencia completa de aminoácidos de la proteína flagelina se encontraba correctamente registrada en
la base de datos proteica y que dichas bacterias están estrechamente relacionadas con patologías de
relevancia sanitaria. Las bacterias que se analizaron fueron Escherichia coli (cepa K12), Salmonella
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enterica serovar Paratyphi A (ATCC 9150) y Salmonella enterica serovar Typhimurium (LT2). Estas
especies resultan de interés en el estudio de la patogenicidad, la respuesta inmune y la evolución de
las estructuras flagelares, además de ser organismos ampliamente caracterizados en investigaciones
previas (Vilas et al., 2024).
Las secuencias de aminoácidos de la flagelina se obtuvieron del repositorio UniProtKB
(https://www.uniprot.org), seleccionando las secuencias correspondientes a las siguientes cepas:
Escherichia coli K12 (P04949), Salmonella enterica serovar Paratyphi A (P06178) y Salmonella enterica
serovar Typhimurium LT2 (P06179). Cada secuencia fue descargada en formato FASTA y verificada
para evitar errores de anotación o fragmentación, garantizando así la calidad del material de estudio
(Wang et al., 2021).
El alineamiento de las secuencias de aminoácidos se realizó utilizando el software MEGA versión
11. Este programa emplea el algoritmo ClustalW, lo que permitió identificar regiones conservadas y
variables de la flagelina entre las bacterias de estudio (Kumar et al., 2024). Posteriormente, el grado de
similitud y variabilidad entre las proteínas fue cuantificado utilizando herramientas bioinformáticas
complementarias, como Jalview, que facilitó el cálculo del porcentaje de variabilidad y conservación
de la flagelina en las bacterias analizadas (Procter et al., 2021).
Para el análisis filogenético se utilizó también el software MEGA; este análisis permitió verificar si
la conservación o variabilidad observada en la secuencia de flagelina entre las bacterias estudiadas se
relacionaba con la distancia evolutiva entre las especies. En conjunto, el enfoque empleado permitió
alcanzar el objetivo planteado al combinar herramientas bioinformáticas de acceso libre, un diseño
comparativo sistemático y una validación estadística de los resultados.
3. Resultados
Alineación múltiple de las secuencias de aminoácidos
El alineamiento de las secuencias de aminoácidos de la proteína flagelina (FliC) de Escherichia coli (K12),
Salmonella enterica serovar Paratyphi A (ATCC 9150) y Salmonella enterica serovar Typhimurium (LT2)
mostró un alto grado de conservación (figura 1). Las regiones conservadas se encuentran en los
extremos N- y C- terminales de la secuencia. Por el contrario, se evidenció que el dominio central
presenta zonas de mayor variabilidad. Estas variaciones fueron notorias entre las posiciones 180-300 y
340-410, donde las secuencias S. Paratyphi A y S. Typhimurium mostraron una alta similitud entre sí, en
contraste con E. coli.
Figura 1
Alineamiento múltiple de secuencias de aminoácidos de la flagelina (FliC) en E. coli K12, S. Paratyphi A ATCC 9150 y S.
Typhimurium LT2
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Análisis comparativo y consideraciones metodológicas
La tabla 1 presenta los porcentajes de variabilidad y conservación global, así como por dominios D1 y
D3. El porcentaje de similitud global fue del 55,2%, lo que indica una moderada conservación
estructural de la proteína en las bacterias analizadas. El análisis comparativo entre E. coli y las cepas
de Salmonella mostró un porcentaje de similitud cercano al 47%, evidenciando una mayor divergencia
evolutiva. En contraste, la comparación entre S. Typhimurium y S. Paratyphi A presentó una similitud
del 70,6%, lo que refleja una relación filogenética más estrecha.
Al examinar la variabilidad por dominios, se observó que el dominio D1 (aa1-150) presentó una baja
variabilidad promedio (19,7%), lo que sugiere una fuerte presión conservadora. Por el contrario, el
dominio D3 (aa 250-350) exhibió altos niveles de variabilidad (65,1%).
Tabla 1
Porcentaje de similitud y variabilidad global y por dominios (D1 y D3)
Par de secuencias
% Similitud
global
% Variabilidad
global
%Variabilidad D1
(aa 1-150)
% Variabilidad D3
(aa 250-350)
E. coli vs S. typhimurium 47,2 52,8% 29,5 72,2
E. coli vs S. paratyphi A 47,8 52,2 29,5 70,5
S. typhimurium vs S.
paratyphi
70,6 29,4 0,0 52,6
Promedio 55,2 44,8 19,7 65,1
La figura 2 presenta un árbol filogenético en el que se observa una clara separación entre Escherichia
coli y los serovares de Salmonella enterica. La rama correspondiente a E. coli aparece de forma
independiente, lo que implica un mayor número de sustituciones de aminoácidos y una menor similitud
global con las secuencias de Salmonella. Por otro lado, S. Paratyphi A y S. Typhimurium se agrupan en
un mismo clado, con un valor de soporte de rama de 0,8, lo que indica una fuerte conservación de la
secuencia de flagelina entre ambas especies. La distancia evolutiva de 0,3 entre estas dos cepas de
Salmonella sugiere que ambas comparten una arquitectura proteica muy similar.
Figura 2
Árbol filogenético de la proteína flagelina (FliC) en E. coli K12, S. Paratyphi A ATCC 9150 y S. Typhimurium LT2
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4. Discusión
El alineamiento múltiple de las bacterias en estudio mostró un alto grado de conservación en los
extremos N- y C- terminales de la proteína flagelina. Este patrón concuerda con investigaciones
previas que indican que las regiones N-terminal y C-terminal, correspondientes a los dominios D0 y
D1, se encuentran altamente conservadas debido a que son esenciales para la interacción con
receptores inmunitarios del huésped, como el receptor tipo Toll 5 (TLR5) (Fields et al., 2024; Carroll
& Liu, 2020). Otros autores mencionan que el dominio D1 es fundamental en la estructura de la
flagelina, ya que contiene un “punto caliente” conservado que es esencial para la unión y activación
de TLR5 (Pang et al., 2024; Song et al., 2017).
Por otro lado, la variabilidad de la flagelina se encuentra en el dominio central (posiciones 180-
300 y 340-140), en el cual las secuencias de S. Paratyphi A y S. Typhimurium mostraron mayor similitud
entre sí que con E. coli. Estos resultados concuerdan con investigaciones que señalan que los
dominios centrales D2 y D3 presentan una estructura variable que forma regiones superficiales del
filamento flagelar; además, se indica que estas regiones cumplen funciones como la evasión inmune,
la adhesión y la adaptación ambiental (Domenzain-Reyna et al., 2023; Rhee et al., 2023). Sin embargo,
se ha reportado que algunas bacterias carecen de estos dominios, lo que resulta en una diversidad
incluso dentro de una misma especie (Fields et al., 2024).
La similitud global del 55% observada entre las secuencias indica una conservación moderada a
nivel genético entre las especies bacterianas evaluadas, lo cual coincide con investigaciones que
demuestran una proximidad filogenética relevante entre E. coli y Salmonella (Pang et al., 2024; Szulc
et al., 2021). La similitud del 47 % entre E. coli y los dos serovares de Salmonella evidencia una
divergencia evolutiva significativa, como también se observa en estudios comparativos de proteínas
homólogas y dominios de expresión génica (Szulc et al., 2021; Wang-Kan et al., 2021). La mayor
similitud se mostró entre los serovares de Salmonella con (70,6%), lo que refleja su estrecha relación
filogenética y una mayor conservación de los dominios proteicos centrales (Pang et al., 2024; Saleh
et al., 2019).
Estudios genéticos que incluyen el análisis del gen gyrB y la comparación de genomas completos
han revelado que, a pesar de compartir un vínculo evolutivo, Escherichia coli y Salmonella pertenecen
a linajes filogenéticos separados. Un estudio mostró que, según los datos genómicos, Salmonella
presenta una relación genética más cercana con Shigella que con E. coli, lo que refleja una historia
evolutiva más compleja (Ahmed et al., 2020; Baker et al., 2024).
Esta divergencia filogenética se torna aún más evidente al examinar genes metabólicos clave como
gapA, mdh y trpA; las secuencias de estos genes presentan diferencias importantes tanto en
nucleótidos como en aminoácidos, lo que no solo evidencia una divergencia funcional, sino que
también sugiere una trayectoria evolutiva prolongada y diferenciada entre Escherichia coli y
Salmonella. Estas variaciones moleculares reflejan adaptaciones específicas a nichos ecológicos
distintos, consolidando la idea de que, aunque comparten un ancestro común, ambos géneros han
seguido rutas evolutivas independientes que se manifiestan en su fisiología, patogenicidad y
respuesta ambiental (Geurtsen et al., 2022).
Sin embargo, S. Paratyphi A y S. Typhimurium comparten una alta similitud genética y proteica.
Un estudio previo concuerda con estos resultados y señala que ambas especies comparten
aproximadamente el 89 % de sus genes, incluidos sus factores de virulencia y la estructura básica de
la flagelina (Cohen et al., 2022). Si bien se ha señalado una elevada similitud a nivel proteico y
genético, es importante resaltar que existen diferencias en la expresión y regulación de los genes de
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motilidad y quimiotaxis. Se ha demostrado que S. Paratyphi A expresa el regulón de motilidad-
flagelina a niveles significativamente más bajos que S. Typhimurium, aunque ambas requieren
flagelos funcionales para la invasión celular (Cohen et al., 2022; Elhadad et al., 2015).
5. Conclusiones
El análisis comparativo de las secuencias de aminoácidos de la proteína flagelina (FliC) en Escherichia
coli K12 y en los serovares Salmonella enterica Paratyphi A (ATCC 9150) y Typhimurium (LT2) reveló una
conservación estructural global del 55,2 %. Los dominios N- y C-terminales (D0 y D1) se mantuvieron
altamente conservados, mientras que el dominio central D3 presentó una variabilidad del 65,1 %.
La divergencia intergénero entre E. coli y Salmonella (47 % de similitud) supera ampliamente la
observada entre serovares de Salmonella (70,6 %). Esto refleja en un árbol filogenético con ramas
claramente separadas y una mayor acumulación de sustituciones aminoacídicas en E. coli, lo que
refuerza su trayectoria evolutiva más diversificada y su adaptación a nichos variables.
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Vol. 4 N° 3, Edición Especial 2025 (132-140)
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ISSN: 2960-8317
Nataly Gabriela Flores Tapia, Josue Andres Orozco Pilco 140
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Transparencia
Conflicto de Interés
Los autores manifiestan que no existe ningún conflicto de interés relacionado con la realización de este
estudio, la interpretación de los resultados ni la redacción del presente manuscrito. Todas las
decisiones científicas y editoriales se han tomado de manera independiente y objetiva.
Fuente de financiamiento
El presente estudio ha sido autofinanciado por los autores, quienes asumieron íntegramente los costos
asociados a su desarrollo, incluidos la recolección de datos, el análisis, la redacción y la publicación.
No se ha recibido apoyo económico de instituciones, organizaciones gubernamentales, privadas ni
académicas.
Contribución de autoría
Nataly Gabriela Flores Tapia: Conceptualización, metodología, software, análisis formal,
investigación, gestión de datos, visualización, redacción - preparación del borrador original, redacción
- revisión y edición, financiamiento, administración del proyecto, recursos, supervisión.
Josue Andres Orozco Pilco: Conceptualización, software, validación, análisis formal, investigación,
gestión de datos, visualización, redacción - revisión y edición, financiamiento, administración del
proyecto, recursos, supervisión.
Los autores contribuyeron activamente en el análisis de los resultados, revisión y aprobación del
manuscrito final.
