En todos los océanos del mundo, en los ciclos de nutrientes, las cadenas alimentarias y el clima globales, así como cada vez más en los procesos industriales creados por el hombre, un conjunto diverso de microbios planctónicos, como las algas, desempeñan un papel integral. Para casi todos estosmicrobios, sin embargo, se sabe poco sobre ellos genéticamente más allá de unas pocas secuencias marcadoras, mientras que su morfología, interacciones biológicas, metabolismo y significado ecológico siguen siendo un misterio.
Las algas producen la mitad del oxígeno en la atmósfera terrestre y algunas formas de algas se utilizan en aplicaciones industriales, como la producción de ácidos grasos omega-3 altos para fórmulas para bebés o su uso para biocombustibles, por lo que hay muchas razones para una mejor comprensiónde algas podría ser beneficioso. Sin embargo, hay otro lado de las algas, ya que algunas especies pueden crear floraciones de algas nocivas FAN, y esos han sido el foco de la investigación de Kathryn Coyne de la Universidad de Delaware.
Avanzando en el estudio de microbios
Para ayudar a avanzar en la comprensión de las instrucciones celulares que sustentan la vida microbiana en el mar, Coyne se unió a más de 100 científicos de instituciones de todo el mundo para publicar una compilación de métodos o protocolos para experimentos de laboratorio que ayudarán a los científicos a obtener una mejorcomprensión de los fundamentos genéticos de las algas marinas como un artículo de recurso en la revista Métodos de la naturaleza .
El trabajo fue financiado por la Iniciativa de Microbiología Marina de la Fundación Gordon y Betty Moore. Por su contribución a la colaboración, Coyne trabajó específicamente con Heterosigma akashiwo, una especie de alga que puede producir HAB.
Uno de los misterios sobre H. akashiwo es que, si bien algunas cepas producen toxinas que pueden matar a los peces, otras cepas no son tóxicas.
"No tenemos una comprensión clara de qué tipo de toxina producen. Solo sabemos que cuando hay floraciones de estas algas en algunas áreas del mundo, se asocian con muertes masivas de peces", dijo Coyne, unprofesor asociado de biociencias marinas en el College of Earth, Ocean and Environment CEOE de la UD y director del programa Delaware Sea Grant. "Tampoco sabemos por qué algunas cepas producen toxinas o qué estimula la producción de esta toxina".
Los científicos a menudo usan la manipulación del genoma para comprender mejor cómo responden los microbios al medio ambiente o para identificar genes que pueden estar involucrados en una respuesta específica, como la producción de toxinas. Sin embargo, a diferencia de otras especies de algas que sirven como modelos para manipulaciones del genoma, H.akashiwo no tiene una pared celular, sino que solo tiene una membrana delgada que mantiene la forma de la célula. Coyne explicó que tener una pared celular puede ser un impedimento para las manipulaciones del genoma y que este tipo de experimentos generalmente implican un esfuerzo inicialmente solo para eliminar elpared celular o hacerla más porosa.
Debido a que H. akashiwo carecía de una pared celular, Coyne y su equipo de investigación propusieron que la manipulación del genoma podría ser más sencilla con esta especie, y pudieron demostrarlo utilizando un par de métodos de manipulación de genes que han tenido éxito en otras especies modelo.
"Creamos una pieza de material genético que podría introducirse en las células de Heterosigma que las haría resistentes a un antibiótico específico", dijo Coyne. "Si teníamos éxito, podríamos cultivarlas en este antibiótico y en células quehubiera incorporado el gen de resistencia sobreviviría ".
Coyne trabajó con Deepak Nanjappa, una investigadora postdoctoral en su laboratorio que también es autora del artículo, así como con Pam Green y los miembros de su laboratorio, Vinay Nagarajan, investigadora postdoctoral, y Monica Accerbi, investigadora asociada en el laboratorio de Greenen el Instituto de Biotecnología de Delaware DBI.
Juntos, probaron un puñado de métodos y optimizaron los que tuvieron éxito para Heterosigma. Un método en particular se replicó con éxito varias veces, demostrando que eran capaces de producir una cepa de Heterosigma modificada genéticamente. Con este enfoque, los científicos ahora puedensondear el genoma de Heterosigma akashiwo para comprender mejor cómo responde esta especie a las señales ambientales, o qué genes son responsables de su toxicidad.
Uno de los objetivos del proyecto era hacer que todos los métodos desarrollados estuvieran disponibles gratuitamente para que los científicos pudieran tomar esa información y usarla en sus propias investigaciones.
"La Fundación Moore financió este proyecto con la expectativa de que se publicaran todos los métodos desarrollados durante esta investigación", dijo Coyne. "Nada es propiedad de este proyecto, por lo que podemos compartir cualquiera de los protocolos que desarrollamos para Heterosigma. "
Inmovilizar bacterias algicidas
Además, Coyne publicó otro artículo en la revista científica, Harmful Algae, que detallaba su trabajo con Yanfei Wang, una estudiante de doctorado en CEOE, estudiando la bacteria algicida Shewanella y cómo podría usarse para remediar las FAN.
Shewanella, que es una bacteria algicida que se ha aislado en las bahías interiores de Delaware, se está desarrollando como control biológico de las FAN. Secreta compuestos solubles en agua que inhiben el crecimiento de dinoflagelados, organismos unicelulares que a menudo producen toxinas.y contribuir a las FAN. Otras investigaciones sobre esta especie de Shewanella muestran que no tiene efectos negativos sobre el crecimiento de otras especies de algas, ni sobre el pescado o los mariscos. Dado que se aisló de las aguas locales, puede considerarse un "medio ambientalmente neutral"solución para controlar las FAN.
Para utilizar Shewanella en el entorno natural para controlar las FAN, primero debe existir un método para desplegar la bacteria de forma segura en áreas que están en riesgo de contraer FAN.
Para acercar esta solución de control de HAB a la realidad, Coyne y Wang inmovilizaron Shewanella en varios materiales porosos. Esta investigación, financiada por Delaware Sea Grant, determinó qué tan bien cada material retuvo las bacterias a lo largo del tiempo y si la forma inmovilizada de Shewanella fue efectivaen el control del crecimiento de dinoflagelados.
A diferencia de otros enfoques de control de FAN, como la aplicación de productos químicos tóxicos como el sulfato de cobre, la ventaja de utilizar bacterias algicidas inmovilizadas es el potencial para el control continuo de FAN sin la necesidad de una nueva aplicación frecuente. Las bacterias inmovilizadas también se pueden eliminar cuando esya no es necesario.
Esta investigación encontró que un hidrogel de alginato fue el más exitoso de los materiales porosos utilizados en el estudio y tuvo la mejor retención de células Shewanella.
Esta investigación también mostró que las células de Shewanella inmovilizadas en perlas de alginato eran tan efectivas como las bacterias libres para controlar el crecimiento de las especies dañinas y, al mismo tiempo, no tenían impactos negativos en una especie de control no dañina.
En general, el estudio sugiere que Shewanella inmovilizada puede usarse como un enfoque ecológico para prevenir o mitigar las floraciones de dinoflagelados dañinos y proporciona información y direcciones para estudios futuros.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Delaware . Original escrito por Adam Thomas. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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