Una sola gota de agua de mar puede contener una amplia representación de microbios oceánicos de todo el mundo, revelando nuevos conocimientos sobre la ecología, la evolución y el potencial biotecnológico del microbioma global. Una nueva publicación en Celda informa un asombroso grado de diversidad biológica que desafía las definiciones contemporáneas de especies microbianas, ilumina las razones detrás de los desafíos en los estudios metagenómicos e incluso puede comprender mejor cómo los microbios marinos responden al cambio climático.
"Este proyecto sin precedentes utiliza un enfoque de big data para leer una muestra grande y aleatoria de genomas del microbioma global, que luego exploramos para responder a muchos tipos de preguntas", dijo Ramunas Stepanauskas, científico investigador senior del Laboratorio Bigelow para el OcéanoSciences y el autor principal del artículo: "Los resultados de nuestro equipo proporcionan una comprensión más profunda de la diversidad microbiana en el océano, nuevos conocimientos sobre las fuentes de energía y las capacidades biosintéticas, y nuevas herramientas para el estudio de microbios en todos los entornos".
El equipo de investigación analizó más de 12,000 genomas microbianos individuales para construir la base de datos Global Ocean Reference Genomes Tropics GORG-Tropics. Para su sorpresa, cada célula que analizaron era genéticamente única. De hecho, pocas eran lo suficientemente similares como para ser consideradasla misma especie
Esta nueva perspectiva sobre la diversidad microbiana incorpora escalas locales y globales. El equipo utilizó tecnologías de vanguardia en el Centro de Genómica Única de Bigelow Laboratory para analizar muestras recolectadas en los trópicos y subtropicales, dos tercios del océano mundial, para aprendersobre patrones de distribución global. También examinaron la diversidad microbiana local al leer los planos de más de 6,000 células individuales capturadas de una cucharadita de agua de mar de los Sargazos.
Los investigadores encontraron que las células en esa muestra contenían al menos una quinta parte de los genes que son comunes en otras partes del océano tropical y subtropical. Este descubrimiento indica que las corrientes oceánicas son efectivas para mezclar la vida microbiana en todo el mundo, transportando microbios lejos yde ancho para crear comunidades diversas. También destaca el poder de la genómica unicelular para estudiar la complejidad de los microbiomas naturales en detalles sin precedentes.
"De la misma manera que pensamos en la ciudad de Nueva York como un crisol, cada cucharadita del océano es un crisol microbiano", dijo Stepanauskas. "El océano es enorme, y es sorprendente lo complejos que toman los procesos ecológicos y evolutivos".colocar en cada pequeña gota "
Los avances recientes en tecnologías genómicas ahora permiten a los científicos generar y analizar rápidamente enormes cantidades de información genética. La iniciativa GORG secuenciado más microbios que todos los estudios anteriores a 2013 combinados, produciendo numerosos y diversos descubrimientos. Profesor del Instituto MIT Penny Chisholm, Investigador Científico PaulBerube y el científico investigador Steven Biller ayudaron a recolectar muestras de campo y utilizaron los datos para obtener información sobre Prochlorococcus, el organismo fotosintético más abundante en el océano. El equipo de Stepanauskas descubrió una sorpresa en el código genético de un grupo de proteobacterias, un desconocido anteriormentecapacidad de fotosintetizar.
"La información genética puede enseñarnos mucho sobre ecología, y estos pueden ser organismos fotosintéticos que antes no se notaron", dijo Maria Pachiadaki, ex investigadora postdoctoral del Laboratorio Bigelow que ahora es científica asistente en la Institución Oceanográfica de Woods Hole, y el líderautor del artículo: "Si los experimentos confirman lo que sugieren los genes, este es un grupo microbiano importante a considerar en los estudios de carbono oceánico".
El equipo también trabajó con Jim La Clair y Michael Burkart de la Universidad de California en San Diego para identificar microbios que podrían alimentar nuevas aplicaciones de biotecnología. Al registrar qué productos químicos pueden producir microbios específicos, la base de datos GORG-Tropics proporciona una hoja de ruta para ayudarotros investigadores eligen a qué grupos microbianos apuntar para nuevos antibióticos o medicamentos contra el cáncer.
Los investigadores continuarán explotando la base de datos GORG-Tropics para obtener respuestas a diversas preguntas en futuros estudios. Stepanauskas cree que tiene mucho más que revelar sobre cómo funciona el océano, cómo los investigadores pueden manejar mejor las herramientas genómicas, y potencialmente incluso cómo los científicos deberíanredefinir las especies microbianas. También esperan expandir este proyecto al resto del océano, incluidas las regiones templadas y polares y las aguas profundas, que contienen microorganismos muy diferentes.
"Uno de nuestros principales objetivos con la iniciativa GORG era producir un recurso poderoso para la comunidad de investigación en microbiología marina", dijo Julia Brown, bioinformática del Laboratorio Bigelow y autora del estudio. "Esperamos que los científicos puedan usareste conjunto de datos en estudios de seguimiento para responder preguntas que nadie había pensado aún ".
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Materiales proporcionado por Laboratorio Bigelow de Ciencias del Océano . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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