Uno de los estudios genómicos más detallados de cualquier ecosistema hasta la fecha ha revelado un mundo subterráneo de asombrosa diversidad microbiana y ha agregado docenas de nuevas ramas al árbol de la vida.
La bonanza bacteriana proviene de científicos que reconstruyeron los genomas de más de 2500 microbios a partir de muestras de sedimentos y aguas subterráneas recolectadas en un acuífero en Colorado. El esfuerzo fue dirigido por investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab y UCBerkeley. La secuenciación del ADN se realizó en el Joint Genome Institute, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE.
Como se informó en línea el 24 de octubre en la revista Comunicaciones de la naturaleza , los científicos recopilaron genomas del 80 por ciento de todos los filos bacterianos conocidos, un grado notable de diversidad biológica en un lugar. También descubrieron 47 nuevos grupos bacterianos a nivel de filo, nombrando a muchos de ellos como microbiólogos influyentes y otros científicos.aprendió nuevos conocimientos sobre cómo las comunidades microbianas trabajan juntas para impulsar procesos que son críticos para el clima y la vida del planeta en todas partes, como los ciclos del carbono y el nitrógeno.
Estos hallazgos arrojan luz sobre uno de los reinos de vida más importantes y menos comprendidos de la Tierra. El mundo subterráneo alberga hasta una quinta parte de toda la biomasa, pero sigue siendo un misterio.
"No esperábamos encontrar esta increíble diversidad microbiana. Pero, de nuevo, sabemos poco sobre las funciones de los microbios del subsuelo en los procesos biogeoquímicos y, en términos más generales, no sabemos realmente qué hay ahí abajo", dice Jill Banfield., científico principal de la facultad en la División de Ciencias del Ecosistema y Clima de Berkeley Lab y profesor de UC Berkeley en los departamentos de Ciencias de la Tierra y Planetarias y Ciencias, Políticas y Gestión Ambientales.
Karthik Anantharaman de UC Berkeley, el primer autor del artículo, agrega: "Para comprender mejor qué están haciendo los microbios del subsuelo, nuestro enfoque es acceder a sus genomas completos. Esto nos permitió descubrir una mayor interdependencia entre los microbios de la que hemosvisto antes."
La investigación es parte de un proyecto dirigido por Berkeley Lab llamado Sustainable Systems Scientific Focus Area 2.0, que está desarrollando una comprensión predictiva de los entornos terrestres desde el genoma hasta la escala de la cuenca. La investigación de campo del proyecto se lleva a cabo en un sitio de investigación cerca delciudad de Rifle, Colorado, donde durante los últimos años los científicos han realizado experimentos diseñados para estimular poblaciones de microbios subterráneos que están naturalmente presentes en cantidades muy bajas.
Los científicos enviaron muestras de suelo y agua de estos experimentos al Instituto Conjunto del Genoma para la secuenciación metagenómica a escala de terabasa. Este método de alto rendimiento aísla y purifica el ADN de las muestras ambientales y luego secuencia un billón de pares de bases de ADN a la vez.A continuación, los científicos utilizaron herramientas bioinformáticas desarrolladas en el laboratorio de Banfield para analizar los datos.
Su enfoque ha rediseñado el árbol de la vida. Entre los 47 nuevos grupos bacterianos informados en este trabajo y los 35 nuevos grupos publicados el año pasado también encontrados en el sitio de Rifle, el equipo de Banfield ha duplicado el número de grupos bacterianos conocidos.
Con el descubrimiento vienen los derechos de denominación. Los científicos nombraron a muchos de los nuevos grupos de bacterias en honor a los investigadores de Berkeley Lab y UC Berkeley. Por ejemplo, está Candidatus Andersenbacteria, en honor al inventor del filochip Gary Andersen, y Candidatus Doudnabacteria, en honor a la pionera en la edición del genoma de CRISPR, JenniferDoudna. "Berkeley ahora domina el árbol de la vida al igual que la tabla periódica", dice Banfield, en un guiño a los dieciséis elementos descubiertos en Berkeley Lab y UC Berkeley.
Otro gran resultado es una comprensión más profunda de las funciones que desempeñan los microbios del subsuelo en los ciclos de carbono, hidrógeno, nitrógeno y azufre de importancia mundial. Esta información ayudará a representar mejor estos ciclos en modelos predictivos como las simulaciones climáticas.
Los científicos realizaron análisis metabólicos del 36 por ciento de los organismos detectados en el sistema acuífero. Se enfocaron en un fenómeno llamado transferencia metabólica, que esencialmente significa que el desperdicio de un microbio es el alimento de otro microbio. Se sabe por estudios de laboratorio que las transferencias son necesarias en ciertosreacciones, pero estas redes interconectadas están muy extendidas y son mucho más complejas en el mundo real.
Para comprender por qué es importante representar las transferencias metabólicas con la mayor precisión posible en los modelos, considere el nitrato, un contaminante del agua subterránea de los fertilizantes. Los microbios del subsuelo son el principal impulsor de la reducción del nitrato a gas nitrógeno inofensivo. Hay cuatro pasos en este proceso de desnitrificación:y el tercer paso crea óxido nitroso, uno de los gases de efecto invernadero más potentes. El proceso se rompe si los microbios que realizan el cuarto paso están inactivos cuando un pulso de nitrato ingresa al sistema.
"Si los microbios no están allí para aceptar la transferencia de óxido nitroso, entonces el gas de efecto invernadero escapa a la atmósfera", dice Anantharaman.
Los científicos encontraron que los ciclos del carbono, hidrógeno, nitrógeno y azufre son impulsados por transferencias metabólicas que requieren un grado inesperadamente alto de interdependencia entre los microbios. La gran mayoría de los microorganismos no pueden reducir completamente un compuesto por sí mismos. Se necesitaun equipo. También hay microbios de respaldo listos para realizar una transferencia si los microbios de la primera cadena no están disponibles.
"La combinación de una alta diversidad microbiana e interconexiones a través de transferencias metabólicas probablemente resulte en una alta resiliencia del ecosistema", dice Banfield.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :