¡Muévete, cianobacterias! Un estudio a gran escala de la superficie del océano de la Tierra indica que los microbios responsables de fijar el nitrógeno allí, que antes se pensaba que eran casi exclusivamente cianobacterias fotosintéticas, incluyen un conjunto abundante y ampliamente distribuido de poblaciones bacterianas no fotosintéticas.
El estudio internacional, publicado esta semana en Microbiología de la naturaleza , fue dirigido por A. Murat Eren Meren de la Universidad de Chicago y el Laboratorio de Biología Marina MBL, Woods Hole y Tom O. Delmont de la Universidad de Chicago.
La fijación de nitrógeno es un proceso ecológico crítico en el que el nitrógeno atmosférico se convierte en amoníaco, lo que hace que el nitrógeno esté "biodisponible" para que los organismos vivos lo utilicen como un componente fundamental de ADN, ARN y proteínas.
"Los microbios que pueden fijar nitrógeno o carbono están en el centro de la ecología de las comunidades microbianas en muchos ambientes, incluida la superficie del océano", dice Delmont. "Antes de nuestro estudio, se pensaba que los microbios marinos responsables de la fijación de carbonotambién fueron en gran parte responsables de fijar el nitrógeno. Resulta que no es tan simple ".
"La capacidad de los microbios para fijar nitrógeno es vital para toda la vida", dice David Mark Welch, Director de Investigación de MBL. "Este estudio amplía nuestra comprensión de la diversidad biológica de la fijación de nitrógeno al proporcionar la primera evidencia genómica de que no es fotosintéticolas bacterias en la superficie del océano pueden llevar a cabo estas reacciones "
Utilizando anvi'o, una plataforma de bioinformática de código abierto de última generación para analizar metagenomas el conjunto de secuencias de ADN que representan todos los organismos microbianos que se encuentran en un entorno, el equipo reveló ideas sobre marinos previamente desconocidosmicrobios con capacidades de fijación de nitrógeno afiliados a Proteobacterias, así como a Planctomycetes, un filo bacteriano prevalente que nunca antes se había relacionado con la fijación de nitrógeno.
Estas poblaciones microbianas recientemente descritas ocurren ampliamente y son particularmente abundantes en el Océano Pacífico, donde promedian unas 700,000 células por litro de agua de mar y hasta 3 millones de células por litro, órdenes de magnitud más que las estimaciones anteriores para las no cianobacteriasfijadores de nitrógeno en el océano abierto.
Utilizando los datos generados por la expedición Tara Oceans de 2009 a 2013, Delmont y sus colegas reconstruyeron alrededor de 1,000 genomas microbianos de más de 30 mil millones de secuencias metagenómicas cortas. De esos 1,000 genomas, nueve contenían los seis genes necesarios para la fijación de nitrógeno, ypero carecía de los genes necesarios para la fotosíntesis. Esta es la primera base de datos genómica de microorganismos no fotosintéticos que habitan en el océano abierto y capaz de fijar nitrógeno.
Debido a que el equipo reconstruyó y usó genomas casi completos para su investigación en lugar de usar un solo gen marcador para la fijación de nitrógeno, podrían resolver las afiliaciones taxonómicas de estas poblaciones de fijación de nitrógeno. También podrían investigar sus patrones de abundancia y distribuciónen los océanos y mares de donde provienen las muestras los océanos Atlántico, Pacífico, Índico y Meridional y los mares Mediterráneo y Rojo.
"Ahora podemos usar estos genomas de población para guiar el cultivo de laboratorio de Planctomycetes y Proteobacterias fijadoras de nitrógeno del océano abierto", dice Delmont. "Esto nos ayudará a comprender las condiciones en las que fijan nitrógeno, la complejidad de su funcionalidadestilos de vida y otros aspectos de su ecología que no podemos comprender simplemente mirando sus genomas, genes y funciones inferidas ".
Meren y Delmont comenzaron esta investigación en el Laboratorio de Biología Marina en 2015 con el apoyo del Premio a la Innovación Lillie de la Universidad de Chicago. Meren y su grupo continúan desarrollando anvi'o, la plataforma de software de código abierto utilizada en este y otros estudiosinvestigando la ecología y la evolución de los microbios a través de datos complejos de secuenciación ambiental.
"Los metagenomas ambientales nos dan acceso sin adulterar a la complejidad de las poblaciones microbianas naturales", dice Meren. "Si bien nuestra capacidad para comprenderlos está a merced de nuestras tecnologías moleculares y herramientas computacionales, es refrescante ver que ambos avanzan rápidamente,y todavía hay mucho por descubrir. Esperamos ver avances en el banco que confirmen estos conocimientos iniciales sobre las poblaciones ambientales que probablemente contribuyan a uno de los procesos bioquímicos más esenciales que hacen que nuestro planeta funcione ".
"Este estudio es otro ejemplo de cómo resolver genomas directamente del ADN de comunidades microbianas enteras está transformando nuestra comprensión de la diversidad microbiana", dice el coautor Christopher Quince, de la Universidad de Warwick, Reino Unido.
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Materiales proporcionado por Laboratorio de biología marina . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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