Diversidad microbiana
Mina de oro HomestakeWIKIPEDIA, RACHEL HARRISEl árbol de la vida está dominado por microbios, pero muchas ramas grandes siguen sin cartografiarse porque los científicos se han limitado históricamente a estudiar la pequeña fracción de especies que crecerán en un laboratorio. Un equipo internacional de científicos ha comenzado ahora a corregir este sesgo, secuenciando genomas completos de células individuales para traer a la «mayoría no cultivada» a la vista.
En total, el equipo identificó más de 200 nuevas especies microbianas pertenecientes a 29 linajes subrepresentados o desconocidos. Y los resultados, publicados hoy (14 de julio) en Nature, estaban llenos de nuevas habilidades metabólicas y sorpresas genéticas.
“[Ha habido un] fuerte imperativo para completar el árbol microbiano de la vida” dijo Philip Hugenholtz de la Universidad de Queensland, uno de los líderes del estudio. «Si tienes una visión incompleta de la evolución, muy incompleta en el caso de los microorganismos, tienes una comprensión muy incompleta de la biología».
Por…
Para completar estos vacíos, el equipo recolectó muestras de nueve hábitats diversos, incluidos reactores industriales, aguas termales y una mina de oro. Los investigadores gravitaron hacia lugares con bajo contenido de oxígeno, ya que estos tienden a albergar una mayor y más interesante propagación de microbios que los sitios familiares como nuestros cuerpos.
A partir de estas muestras, Tanja Woyke del Departamento de El Instituto Conjunto del Genoma de Energys en California aisló 9.600 células individuales y amplificó los genomas de alrededor de un tercio de ellas. Si alguno de estos genomas parecía provenir de nuevos linajes, el equipo los secuenciaba por completo.
Terminaron con 201 genomas completos que representaban 21 linajes bacterianos y 8 arqueales. Algunos de estos eran filos candidatos conocidos solo por códigos abstractos, pero el equipo ahora les ha dado nombres descriptivos basados en la biología de sus miembros. Por ejemplo, EM19 ahora es Calescamantes (amantes del calor) porque provienen de un ambiente extremadamente cálido, y OD1 ahora es Parcubacteria (bacteria ahorrativa) por su metabolismo optimizado.
Jack Gilbert, del Laboratorio Nacional de Argonne, llama al estudio un hito, aunque no abre nuevos caminos técnicos. Su escala e impacto son exactamente para lo que Nature está ahí, dijo. Los datos nos permiten confirmar algunas relaciones conocidas, pero también descubrieron algunas nuevas e impresionantes.
Por ejemplo, el equipo descubrió que tres de los filos candidatos están estrechamente relacionados y forman un superfilo llamado Patescibacteria, de el latín para bacterias desnudas. Tienen genomas diminutos para organismos de vida libre, dijo Hugenholtz, y sus capacidades metabólicas probablemente sean limitadas en comparación con la mayoría de las bacterias conocidas. Otros microbios tienen genomas aerodinámicos similares, dijo Hugenholtz, pero nuestros hallazgos sugieren que esta elección de estilo de vida podría ser más común de lo que se creía anteriormente. Podría ser el más común.
Entre los nuevos genomas, el equipo también encontró muchos genes de arqueas que habían terminado en bacterias, y viceversa, una señal de que estos dos dominios regularmente intercambian ADN.
Por ejemplo, las patescibacterias fabrican dos de las bases de su ADN usando una enzima PurP prestada de una arquea muy temprana, y carecen de la enzima PurH1 que todas las demás bacterias usan para la misma tarea. Mientras tanto, dos de las especies de arqueas recién descritas transcriben su ADN usando factores sigma, proteínas que se pensaba que eran exclusivas de las bacterias. Y en el primer intercambio conocido de este tipo, un archaeon incluso parece haber tomado prestado un gen de un moho mucilaginoso eucariótico.
El trabajo de los equipos también facilita el análisis de los datos de estudios metagenómicos anteriores, que colectivamente secuenciar el ADN de todos los microbios en un sitio específico. El resultado de esta estrategia es una montaña de fragmentos de ADN anónimos, que pueden anclarse a un árbol filogenético comparándolos con genomas existentes. Al completar muchas ramas nuevas, el nuevo trabajo debería permitir a otros científicos anclar estos fragmentos con mayor precisión.
Al buscar específicamente nuevas ramas en el árbol de la vida, el equipo ha ampliado la diversidad de genomas microbianos conocidos. en un 11 por ciento. Aún así, hay un largo camino por recorrer. Calculan que para cubrir la mitad de la diversidad total de microbios, necesitaríamos secuenciar al menos 16 000 genomas más, 80 veces más de lo que lograron en este estudio.
Sin duda, es un objetivo desalentador, pero estamos entusiasmados y lo haremos constantemente. trabajar hacia este objetivo, dijo Woyke, cuyo equipo está desarrollando nuevas tecnologías para acelerar y ampliar su trabajo. Hugenholtz agregó: Hace diez años, habría dicho que nos llevaría cien años llegar a donde estamos hoy. No me sorprendería en absoluto si alcanzamos esta marca en la próxima década.
C. Rinke et al., Información sobre la filogenia y el potencial de codificación de la materia oscura microbiana, Nature, doi:10.1038/nature12352, 2013.
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