Tapiz Oceánico

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Detalle de la obra "Tapiz Oceánico", creación de la artista Nancy Zboch.

Un reciente artículo publicado en la revista PNAS describe las bases genómicas de las estrategias tróficas que presentan las bacterias marinas. Dicho artículo además ha merecido un comentario específico dentro de dicha revista.

Los ecosistemas marinos no son tan homogéneos como puedan parecer a simple vista. No sólo influye la luz solar, la profundidad y los nutrientes. También hay que considerar el clima o las corrientes marinas, por nombrar dos factores importantes, y la suma de todos esos factores crean heterogeneidad y por lo tanto debemos esperar una gran biodiversidad. Si consideramos la disponibilidad de nutrientes, en los océanos nos podemos encontrar un gradiente de diversos hábitats dependiendo de la concentración de los mismos. Tenemos desde ambientes con alta concentración (hábitats copiotróficos) a los de baja concentración de nutrientes (hábitats oligotróficos). En todo ese gradiente podemos encontrar diversas bacterias que han evolucionado para adaptarse y crecer óptimamente. El estudio realizado gracias a la colaboración de varios grupos ha consistido en comparar el genoma de dos especies de bacterias que viven en hábitats localizados en los extremos de ese gradiente.

Representación muy simple de la superficie de lo océanos como un hábitat microbiano. Hay dos gradientes verticales, uno debido a la luz solar y otro debido a los nutrientes (representado por la línea negra). La abundancia relativa de microorganismos viene dada por la línea roja. La mayor parte de las bacterias viven como plancton de vida libre (bacterias de color blanco). Estos organismos oligotróficos son los más abundantes en los ecosistemas oceánicos con muy bajo contenido de nutrientes. En color amarillo se representan los microorganismos copiotróficos adaptados a microhábitats en los que hay una gran cantidad de nutrientes (un cadáver de un pescado por ejemplo). Fuente bibliográfica: MJ Church 2009, PNAS.

Sphingopyxis alaskensis es una a-proteobacteria oligotrófica con un volumen celular inferior de 1 micra cúbica, con un genoma de 3,8 Mb y con un tiempo de generación de 5 horas en condiciones óptimas. Este tipo de microorganismo es muy abundante en los océanos. Por el otro lado tenemos a la g-proteobacteria Photobacterium angustum cuyo tamaño es superior a la micra cúbica, tiene un genoma de 4,8 Mb y cuyo tiempo de generación es de 1 hora cuando se encuentra en un hábitat con suficientes nutrientes. En caso de no tener suficientes nutrientes esta bacteria permanece en estado latente sin crecer ni reproducirse.


Los investigadores han secuenciado sus genomas para luego poder compararlos y así relacionar sus distintas propiedades genómicas con sus estrategias tróficas y así poder definir sus mecanismos moleculares de adaptación. Han conseguido desarrollar un modelo para predecir a partir de la secuenciación del genoma, el tipo de estilo de vida del microorganismo. Y el modelo ha sido puesto a prueba Han estudiando las secuencias de 400.000 proteínas que representan unos 500 millones de nucleótidos obtenidos a partir de 126 secuencias genómicas. Con ello han confirmado que microorganismos oligotróficos son los que dominan los océanos, y que pueden definirse los tipos de bacteria que va a encontrase en un determinado nicho ecológico.

De esta forma han identificado 43 marcadores genéticos que indican un determinado estilo de vida microbiano. Cuando se agrupan estos marcadores en un gráfico el resultado es una especie de tapiz que muestra las relaciones entre los diversos estilos de vida. El modelo funciona bastante bien con los datos disponibles. Pero los estudios metagenómicos de los océanos cada vez son más precisos y se van describiendo nuevos marcadores genéticos, por lo que el tiempo dirá si este modelo es lo suficientemente bueno como para predecir los nuevos estilos de vida.

Representación esquemática mostrando cinco agrupamientos de microorganismos con cinco estrategias tróficas diferentes. Se indican algunas de las especies más representativas dentro de cada agrupamiento. Amarillo: oligotrofos extremos. Rojo: oligotrofos moderados. Verde y Azul: copiotrofos moderados. Cian: copiotrofos extremos. Fuente bibliográfica: Lauro et al 2009 PNAS.

Así los microorganismos oligotróficos suelen tener pequeños tamaños (menores de 0,2 micras de diámetro), crecen muy lentamente y tienen sistemas de transporte de sustratos de alta afinidad y amplia especificidad. Coloquialmente hablando esto último significa que pueden "comer de todo" como azúcares, aminoácidos o lípidos, aunque se encuentren en muy baja concentración. Asimismo presentan un gran número de genes para el metabolismo de lípidos y un bajo número de operones de rRNA lo que indica que en los oligotrófos prima conseguir energía a crecer rápidamente. Sus genomas son pequeños por lo que no deben de gastar mucha energía y nutrientes en su mantenimiento y reparación. En cambio los microorganismos copiotróficos suelen ser de gran tamaño, crecen rápidamente y tienen genomas relativamente grandes y sistema de transporte de sustratos muy especializados. También poseen una gran cantidad de proteínas receptoras que les permiten sentir los cambios en su medio ambiente y responder a ellos.

El interés y la utilidad principal de esta nueva herramienta es que permitirá vigilar con mucha mayor rapidez los cambios en las comunidades microbianas oceánicas, y así poder ajustar y afinar muchos de los modelos climáticos y de los ciclos biogeoquímicos, pero también para resolver cuestiones más prácticas y aplicadas de salud medioambiental (ej: el estudio de la presencia de posibles patógenos en aguas de playas de utilidad pública).

Audio en "El podcast del microbio"

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