La metagenòmica com a eina oceanogràfica

La metagenòmica és la disciplina que estudia els genomes des d’un punt de mira ecosistèmic. Es tracta no pas d’estudiar genomes d’organismes individuals (d’espècies) sinó del conjunt d’espècies que formen un ecosistema. Aquesta aproximació metagenòmica és especialment important quan es tracta de considerar la informació genètica continguda en els microorganismes. En un article a Molecular Systems Biology, Jerone Raes, Ivica Letunic, Takuji Yamada, Lars Juhl Jensen i Peer Bork, volen vincular les dades metagenòmiques amb dades biogeoquímiques i geogràfiques, i integrar-les en una ecologia que pugui fer ús de les eines de la biologia molecular.

Un repte per a la biologia molecular

Peer Bork és membre de la Unitat de Biologia Estructural i Computacional del Laboratori Europeu de Biologia Molecular de Heidelberg, alhora que també és membre del Centre Max Delbrück de Medicina Molecular de Berlin. En el centre de Heidelberg, també treballen Jerone Raes, Ivica Letunic, Takuji Yamada i Lars Juhl Jensen. Raes, a més, és membre del Departament d’Interaccions Cel·lulars i Moleculars de la Universitat Lliure de Brusel·les, i Jensen és membre del NNF Center for Protein Research, de Copenhague (Dinamarca).

El desenvolupament de les tecnologies de seqüènciació i d’anàlisi genòmica, han fet possible el desenvolupament de la metagenòmica, ajudada particularment per potents eines matemàtiques, estatístiques i computacionals. Gràcies a la metagenòmica, es fa possible fer estudis sobre poblacions microbianes complexes que difícilment són a l’abast de les tècniques clàssiques basades en l’estudi de soques microbianes individuals. El desenvolupament de la metagenòmica fa que, creixement, aparegui com una eina aprofitable en ecologia, tant de sòls, com d’aigües continentals o d’oceans. El repte és poder integrar aquestes dades metagenòmiques en un marc més general, que inclogui informació geogràfica, meteorològica o geofísica.

Vint-i-cinc metagenomes oceànics

En total, Raes et al. examinen 25 metagenomes obtinguts a partir de dades de la Global Ocean Sampling Expedition (GOS) que, iniciada en el 2003, té com a objectiu l’estudi de la diversitat genètica de les comunitats microbianes marines. Les dades geogràfiques, ambientals i ecològiques són extretes de diferents fonts, com ara el World Ocean Atlas, el GLODAP, etc.

Els factors climàtics com a determinants del repertori biomolecular

Les dades metagenòmiques permeten reconstruir les rutes metabòliques dels microorganismes dels diferents ecosistemes oceànics. I ho fan, d’una manera més senzilla que no pas seria l’estudi enzimològic realitzat en soques aïllades o en microcosmos.

Entre els factors ambientals que determinen les rutes metabòliques (a través de la selecció dels microorganismes que les duen a terme) destaquen:
– en primer terme, la temperatura, la radiació solar, la concentració d’O2 i la concentració de CO2.
– en un segon terme, trobem la salinitat i el contingut en nutrients.

Val a dir, que l’estudi es fa a partir de mostres obtingudes en la capa superficial dels oceans (fins on arriba la llum solar). Presumiblement, en la microbiota de les zones més inferiors, l’impacte de la radiació solar i de la temperatura serà menor. No obstant, els autors mostren una certa sorpresa pel fet que la disponibilitat de nutrients i la salinitat no jugui un paper més important del que assenyalen les dades. Altres estudis mostren que la salinitat és un element central per a les comunitats microbianes que viuen en entorns com estuaris o zones deltaiques, on les oscil·lacions de salinitat són més marcades.

Les zones oceàniques amb temperatures més elevades i un percentatge d’hores de sol major, són les que mostren una major abundor dels gens implicats en la maquinària fotosintètica, tant en la captació de llum (fotosistemes I i II, CytB6) com en la fixació de CO2 i en la fosforilació oxidativa. És el cas de les zones tropicals, on els organismes fotoautotròfics (particularment, cianobacteris) constitueixen la base fonamental de l’ecosistema.

Els gens del metabolisme del sofre (reducció de sulfat, detoxificació de sulfit), en canvi, són més abundants en aigües de baixa temperatura. Això s’associa a grups de bacteris planctònics, com els planctomicets, que descomponen matèria orgànica que conté sofre, tal com passa en els oceans de latituds polars i subpolars.

Les latituds de major producció primària són les més riques i diverses des del punt de mira molecular

Una de les justificacions de la metagenòmica bacteriana, és el fet que en les poblacions bacterianes hi ha una elevada taxa de transferència gènica horitzontal. Dit d’una altra manera, els gens beneficiosos no són tan sols heretats “de pares a fills”, sinó que també poden ser incorporats de llinatges bacterians amb els quals no hi ha parentiu. Així doncs, si els estudis amb gens d’ARNr (implicats en el funcionament intern de la cèl·lula i no en el metabolisme energètic) ens mostren una sèrie de llinatges bacterians en forma d’arbre de la vida, els gens implicats en el metabolisme ens parlen d’una xarxa molt més atapeïda. Així doncs, la biogeografia bacteriana que volen fer servir Raes et al., és una ‘biogeografia funcional’. Un gen que doti d’una determinada funcionalitat metabòlics, podrà dispersar-se fins i tot més enllà del radi del llinatge bacterià on va evolucionar.

L’estudi de Raes et al. referma aquesta visió. Un tret funcional tindrà com a límit, en les comunitats bacterianes oceàniques, l’ambient en el que la funció resulta en un benefici. O dit d’una altra manera, que “totes les funcions són a tot arreu, però l’ambient selecciona unes més que unes altres”.

És en els ambients que afavoreixen una producció primària més elevada, en latituds de 20ºN, on les comunitats bacterianes oceàniques esdevenen més riques en funcions bioquímiques i més diverses en termes genètics. Allò més important per a Raes et al., és el fet que les anàlisis metagenòmiques poden tenir una aplicació en el diagnòstic de la salut dels ecosistemes. I això val per als oceans, però també per als microorganismes dels sòls, i fins i tot per als microorganismes que viuen damunt la pell i de les mucoses humanes.

Aquesta entrada ha esta publicada en General. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada