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Estudio chileno, publicado en revista científica estadounidense, revela cómo se modelan las comunidades microbianas del planeta

por 26 febrero, 2019

Estudio chileno, publicado en revista científica estadounidense, revela cómo se modelan las comunidades microbianas del planeta
La investigación apareció en la revista de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos, una de las tres más importantes del mundo. Trata de la forma en cómo se modelan, representan o caracterizan las comunidades microbianas, y podría explicar daños en el contexto del calentamiento global. "Después de todo, los microorganismos impulsan la fisiología planetaria y permiten que especies animales como nosotros, mal llamadas superiores, puedan existir", comentó uno de los científicos a cargo de la publicación.
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Un grupo de científicos acaba de publicar un estudio en la revista de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos, una de las tres más importantes del mundo, sobre la forma en cómo se modelan, representan o caracterizan las comunidades microbianas en el planeta.

Se trata de Osvaldo Ulloa, director del Instituto Milenio de Oceanografía (IMO), junto a los académicos Salvador Ramírez y Bernardo González. Ulloa y Ramírez pertenecen a la Universidad de Concepción, mientras González es parte de la Universidad Adolfo Ibáñez.

El texto además fue destacado en el portal EurekAlert, haciendo referencia a los atributos que caracterizan mejor a las comunidades microbianas que habitan distintos tipos de ecosistemas y los papeles ecológicos que ejecutan.

Crédito: IMO

Bacterias y ambiente

El estudio trata de la forma en cómo se modelan, representan o caracterizan las comunidades microbianas, explica Ramírez, autor principal del estudio.

En ecología, señala, las comunidades son comúnmente representadas por la abundancia de diferentes especies de organismos que las componen, ya sean estos animales, plantas, etc.

"Esta visión es útil cuando se analizan organismos con funciones bien conocidas y además estables en el tiempo. Sin embargo, la mayoría de los microbios carecen de ambas características, complicando su análisis. Entonces es natural preguntarse si es posible una representación alternativa más conveniente para las comunidades microbianas", afirma.

"Una solución es usar todas las funciones genéticas de todos los organismos presentes en cada comunidad. Estas funciones, sin embargo, son numerosas, y gran parte de ellas no tienen una directa relación con el rol ecológico de las comunidades en sus respectivos ambientes. Por ejemplo, las funciones de división celular, que están presentes en todo organismo, no ayudan a diferenciar a las comunidades de diferentes ecosistemas".

Crédito: IMO

Genes y roles

¿Existe entonces un subconjunto de funciones genéticas que directamente describan los roles ecológicos de las comunidades microbianas en los diferentes tipos de ecosistemas de nuestro planeta?

Los investigadores respondieron esta pregunta mediante el análisis de una cantidad masiva de datos de ADN microbiano ambiental de diversos ecosistemas. Ellos demostraron que los mejores atributos para la caracterización de las comunidades microbianas globales son los genes que codifican las oxidorreductasas, enzimas que catalizan las reacciones de transferencia de electrones biológicas, conocidas como reacciones redox (reducción-oxidación).

Estas reacciones energéticamente favorables son la base de la vida de todos los organismos vivos conocidos en la Tierra y dan lugar a la mayoría de los ciclos biogeoquímicos.

Ramírez comenta que en los últimos años, la tendencia hacia el uso de rasgos genéticos funcionales ha crecido en la ecología microbiana (como alternativa al enfoque taxonómico). Sin embargo, no había argumentos convincentes para seleccionar una categoría de genes en particular sobre otras, en un contexto global.

"En este estudio, demostramos que los genes que codifican las oxidorreductasas caracterizan las comunidades microbianas mejor que otras categorías de genes. Además, con este enfoque, el papel que juegan las comunidades microbianas de los diferentes ecosistemas en los ciclos biogeoquímicos se hace evidente", dice.

La relevancia del estudio destacada por otros investigadores

El trabajo también fue destacado por otros investigadores, como Cristina Dorador, bióloga y doctorada en Ciencias Naturales en la Universidad de Kiel (Alemania).

"Una de las preguntas importantes en ecología microbiana es conocer cómo la diversidad de microorganismos se relaciona con su ambiente. Por ejemplo, ¿son las bacterias que habitan el desierto únicas de ese ambiente o pueden encontrarse en otro lugar? Esto se puede resolver de distintas maneras asociadas a distintas técnicas; lo más utilizado es la descripción tradicional de especies", señala.

En ese sentido, explica Dorador, en este estudio los investigadores proponen que un set importante de genes que codifican unas enzimas llamadas oxidoreductasas (relacionadas con los procesos de óxido-reducción), son las que diferencian mejor las comunidades de distintos ambientes o biomas.

Estas enzimas se asocian con distintos ciclos biogeoquímicos, por lo tanto dan cuenta de la diversidad funcional de un ambiente, más allá de su diversidad taxonómica -por ejemplo, los tipos de especies-. Para encontrar esta relación, los investigadores ocuparon información disponible en bases de datos de 247 metagenomas distribuidos en 18 biomas, añade la bióloga.

Calentamiento global

Para los autores del estudio, en el futuro los resultados de este deberían permitir una mejor evaluación de los servicios ecosistémicos que prestan los diferentes ambientes de nuestro planeta.

Este diagnóstico mejorado de los ecosistemas debería ser posible centrándose directamente en la diversidad de funciones redox codificadas en los metagenomas de las comunidades microbianas, en lugar de en sus estructuras taxonómicas. Por lo tanto, este enfoque debería ayudar a desarrollar mejores políticas de manejo y conservación, que incluyan efectivamente no solo a las especies icónicas, como los osos polares, sino también a los microorganismos.

“Después de todo, los microorganismos impulsan la fisiología planetaria y permiten que especies animales como nosotros, mal llamadas superiores, puedan existir", comenta Ulloa.

Dorador también resaltó las implicancias de la investigación. Por ejemplo, según ella solo analizando los datos metagenómicos se podría predecir el origen geográfico o ambiental de un determinado grupo de genes, por lo que este carácter predictor podría aplicarse a estudios ambientales.

"Actualmente hay grandes iniciativas mundiales por conocer y determinar la diversidad biológica de distintos ambientes (microbiomas), sobre todos aquellos que han sido pobremente estudiados", añade.

"Este estudio ayudará a que se ponga más atención a este grupo de enzimas, ya que probablemente la pérdida, desaparición o cambios en la estructura de las comunidades de microorganismos -por daño en el ambiente o calentamiento global- pueda ser explicada mejor desde la funcionalidad de las enzimas oxidoreductasas", remata.

 

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