Científics de l'Institut de Ciències de Mar del CSIC, la Universidad de La Laguna i la Universitat d'Alacant participen en un estudi sobre els genomes dels bacteris de la superfície marina que publica aquesta setmana la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). El treball, liderat pel Dr.
Científics de l'Institut de Ciències de Mar del CSIC, la Universidad de La Laguna i la Universitat d'Alacant participen en un estudi sobre els genomes dels bacteris de la superfície marina que publica aquesta setmana la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). El treball, liderat pel Dr. Stepanauskas del Bigelow Laboratory for Ocean Sciences, a Maine, EUA, juntament amb altres laboratoris americans, indica que l'ADN d'aquests bacteris conté menys duplicitats, gens no codificants, guanina i citosina que el dels bacteris cultivables.
Els bacteris marins tenen una funció rellevant en els cicles biogeoquímics de l'oceà i són la base de la xarxa tròfica marina. Per exemple, la fixació de CO2 i la formació d'O2 en els oceans suposen aproximadament la meitat del balanç global de la Terra. Les algues i bacteris fotosintètics (p.ex. els cianobacteris) duen a terme aquest procés, mentre que els bacteris que no fixen CO2 consumeixen la matèria orgànica que es genera a l'oceà. Fins fa uns 5 anys, la única manera de tenir la informació completa d'un genoma bacterià era a través del seu aïllament en cultiu. Aquest mètode té el gran problema que només aproximadament l’1% dels bacteris que són realment abundant en el mar es poden cultivar al laboratori, la qual cosa dificulta enormement el coneixement biològic de la gran majoria dels bacteris de l'oceà. Aquesta limitació ha estat superada gràcies a la noves tecnologies de separació de cèl·lules a nivell individual a partir de mostres ambientals, amb posterior seqüenciació massiva dels seu ADN. Aquesta tecnologia que en anglès es diu “Single-Cell Genomics” s'ha aplicat per primera vegada d'una forma integrada a l’oceà i en aquest treball s'han analitzat desenes de nous genomes marins de bacteris procedents de diversos oceans del món, incloent l'Oceà Atlàntic Nord i Sud, el Pacífic Sud, i la Mediterrània, segons publica aquesta setmana la revista PNAS.
ADAPTACIÓ A LES CONDICIONS OLIGOTRÒFIQUES DEL MAR
Com explica la investigadora de l'Institut de Ciències del Mar del CSIC, Silvia G. Acinas “la importància d'aquest estudi és que es tracta de la primera vegada que s'analitzen els genomes marins realment abundants i representatius de la capa fòtica del mar (fins als 200 m de profunditat) sense tenir el biaix de l'aïllament en cultiu. És sorprenent com els bacteris han reduït els seus genomes i s'han especialitzat metabòlicament de formes molt diverses a les condicions que podrien ser adverses per al creixement dels microorganismes als oceans".
“La simplificació del genoma suposa un estalvi d'energia: en no contenir tanta informació genètica, aquesta energia pot ser utilitzada en altres processos essencials de la cèl·lula” assenyala Acinas. De fet, els genomes cultivats solen ser fins al doble de grans que els dels bacteris de vida lliure analitzats pels científics.
Gràcies a la seqüenciació d'aquests genomes bacterians marins sabem que tenen menys duplicacions de gens, menys gens no codificants, menor contingut en bases GC i han reduït la seva maquinària de transcripció genètica i de síntesi de proteïnes al mínim quan se’ls compara amb els microorganismes cultivables. Això darrer ha tingut com a conseqüència una reducció en la versatilitat metabòlica però, alhora, ha permès una gran especialització funcional. "La visió genòmica i funcional que teníem dels bacteris marins estava totalment esbiaixada a causa de la informació prèvia que teníem dels bacteris aïllats en cultiu" assegura l'investigador de la Universidad de la Laguna José M. Gonzalez.
BIOGEOGRAFIA DELS BACTERIS MARINS
Gràcies a aquest estudi també s'ha pogut analitzar la distribució espacial d'aquests genomes bacterians en els diferents oceans del món. A causa de la seva ubiqüitat i la seva abundància, al fet de ser microscòpics, i a la inexistència de barreres geogràfiques que limitin la seva distribució espacial, s'havia pensat que els bacteris marins no presentaven patrons biogeogràfics ja que poden dispersar-se globalment. “Aquest estudi, que utilitza la informació completa dels genomes bacterians marins, permet en canvi observar una distribució clara d’aquests microorganismes que es correlaciona amb la temperatura i la latitud, la qual cosa indica l'existència de patrons biogeogràfics en els microorganismes marins i la seva adaptació a les condicions ambientals locals” segons apunta l'investigador de la Universitat d'Alacant Manuel Martínez García.
Com conclou Silvia G. Acinas, de l’ICM, “per tenir un coneixement real del paper que realitzen els bacteris marins, tan importants en els cicles biogeoquímics de l'oceà, és imprescindible conèixer la seqüència del seu genoma”.
Publicació:
Brandon K. Swan, Ben Tupper, Alexander Sczyrba, Federico M. Lauro, Manuel Martinez-Garcia, José M. González, Haiwei Luo, Jody J. Wright, Zachary C. Landry, Niels W. Hanson, Brian Thompson, Nicole J. Poulton, Patrick Schwientek, Silvia G. Acinas, Stephen J. Giovannoni, Mary Ann Moran, Steven J. Hallam, Ricardo Cavicchioli, Tanja Woyke and Ramunas Stepanauskas. 2013. Prevalent genome streamlining and latitudinal divergence of planktonic bacteria in the surface ocean. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.1304246110