Cuando escucha acerca de los procesos biológicos que influyen en el clima y el medio ambiente, como la fijación de carbono o el reciclaje de nitrógeno, es fácil pensar en ellos como fenómenos abstractos e incomprensiblemente a gran escala. Sin embargo, partes de estos procesos planetarios son en realidad impulsadospor las acciones tangibles de los organismos en todas las escalas de la vida, comenzando por la más pequeña: los microorganismos que viven en el aire, el suelo y el agua.
Por lo tanto, si desea comprender cómo le irá a un ecosistema, ya sea un bosque tropical, una zona agrícola o una cuenca hidrográfica, frente a los cambios naturales e inducidos por el hombre, debe comprender cuáles son los microbios enesa comunidad está haciendo. Pero, ¿cómo se examinan los roles que desempeñan un grupo diverso de criaturas si ni siquiera se pueden ver sin un microscopio?
La mejor manera de hacer esto es observar sus genes, y los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley Berkeley Lab han desarrollado una nueva técnica de análisis de ADN que revela un aspecto muy interesante, y previamente difícil de estudiar, de ungenoma de la comunidad microbiana.
como se describe en la revista mBio , un equipo dirigido por Aindrila Mukhopadhyay ha optimizado los métodos existentes para aislar plásmidos, los pequeños paquetes de ADN que permiten a microorganismos como las bacterias adquirir y compartir genes rápidamente. A menudo, estas moléculas de ADN, que están separadas de los cromosomas, codifican funcionesque puede conferir una ventaja de supervivencia en determinadas situaciones.
"Cuando quieres aprender sobre una comunidad microbiana, enfocarte específicamente en sus plásmidos te permite tener una idea del conjunto de capacidades que una comunidad quiere mantener móvil, quizás porque se necesitan periódicamente", dijo Mukhopadhyay, un científico senioren la División de Ingeniería y Sistemas Biológicos de Berkeley Lab. Y debido a que la colección de genes basados en plásmidos de una comunidad microbiana, acertadamente llamada plásmidoma, cambia en respuesta a la presión evolutiva mucho más rápido que los genes cromosómicos, observar este conjunto combinado de información genética ayuda a los científicos a construir unvívida imagen del entorno más allá de ese momento en el tiempo.
"Estudiar plásmidos es como mirar dentro de la mochila de alguien para ver lo que tienen a mano para usar y potencialmente compartir con otra persona", explicó Mukhopadhyay. "Digamos que miras adentro y encuentras un paraguas. Puede que no esté lloviendo en eltiempo, pero el paraguas sugiere que llueve de vez en cuando ".
Sin embargo, las técnicas de secuenciación y análisis de ADN existentes dificultan la separación del plásmidoma de la amplia biblioteca de código genético cromosómico presente en una muestra de microbioma. Para facilitar esta tarea, el equipo elaboró un método para detectar plásmidos de diferentes tamañosen comunidades bacterianas de densidad variable, particularmente en ambientes de muy baja densidad como el agua subterránea.
Después de perfeccionar su enfoque, los científicos lo aplicaron a muestras de agua subterránea de diferentes pozos en el Centro de Investigación de Campo de Oak Ridge ORFRC, un sitio que está contaminado con metales pesados. Los científicos que trabajan con ENIGMA, un consorcio de investigación de varios institutos enfocadosobre el avance de nuestra comprensión fundamental de las comunidades microbianas complejas: realice muchos estudios utilizando el sitio único de ORFRC.
Los investigadores estaban intrigados al descubrir que estas muestras contenían cientos de plásmidos, algunos de los cuales eran los plásmidos más grandes reportados en cualquier estudio de plásmidomas. Además, descubrieron que aunque los tipos y abundancias de bacterias fluctuaban dramáticamente en las muestras de agua subterránea, los plásmidos erana menudo similares. Curiosamente, los plásmidos encontrados con la frecuencia más alta en las muestras codificaron genes de resistencia al mercurio, pero no hubo contaminación por mercurio detectable en el agua subterránea estudiada. La presencia de estos genes refleja la historia de este sitio y muestra que sus residentes microscópicos sonpreparado si se vuelve a encontrar mercurio.
En el futuro, el equipo tiene la esperanza de que otros científicos utilicen su enfoque, cuyos detalles se comparten abiertamente en el documento, para obtener una nueva visión de la variedad de microbiomas interesantes e influyentes en la Tierra, incluidos los que están dentro de nuestros cuerpos.
"A medida que estudiamos más y más microbiomas, obtenemos conocimientos clave que, en última instancia, podrían usarse para manipular a las comunidades para obtener algún beneficio, como limpieza ambiental, tratamiento de aguas residuales o mejorar nuestra salud. Otros proyectos financiados con fondos federales están trabajando para lograr estosobjetivos, y nuestro descubrimiento podría ser valioso para su trabajo ", dijo Mukhopadhyay." Actualmente, la mayoría de estos organismos son muy diferentes a los organismos de laboratorio cuyas funciones y genética están bien documentadas, y obtener un control genético de una nueva especie es una grantarea."
"Pero estos paquetes genéticos móviles presentan una forma de manipular estos organismos de forma natural", agregó Ankita Kothari, científica del proyecto de la División de Ingeniería y Sistemas Biológicos y autora principal del artículo. "Entonces, si desea examinar un ecosistema ena nivel molecular y necesitas herramientas genéticas para hacer eso, la respuesta podría estar ya en el plásmidoma ".
Este trabajo fue un esfuerzo de gran colaboración entre los investigadores de Berkeley Lab y los grupos de ORFRC y la base de conocimientos de biología de sistemas del DOE KBase. Los otros autores que contribuyeron a este estudio son Yu-Wei Wu, John-Marc Chandonia, Marimikel Charrier, Lara Rajeev, Andrea Rocha, Dominique Joyner, Terry Hazen y Steven Singer. El trabajo se llevó a cabo como parte de ENIGMA, un consorcio de investigación de varios institutos centrado en estudiar el impacto de las comunidades microbianas en sus ecosistemas. ENIGMA está dirigido por Berkeley Lab y financiado porla Oficina de Ciencias del Departamento de Energía.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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