Genes del microbioma marino son similares a los de la flora intestinal humana

Un equipo internacional realizó este descubrimiento durante la expedición científica francesa de circunnavegación Tara Oceans. El estudio contó con la participación de un investigador brasileño, y con apoyo de la FAPESP

Por Elton Alisson

Agência FAPESP – Los microorganismos marinos poseen un conjunto de genes similares al de los microbios hallados en la flora intestinal humana.

Este descubrimiento estuvo a cargo de un equipo internacional de investigadores durante la expedición científica francesa de circunnavegación Tara Oceans.

Los primeros resultados de dicha expedición –que navegó 140 mil kilómetros durante tres años y medio, y costó alrededor de 16 millones de euros– se dieron a conocer en cinco artículos publicados en la última edición de la revista Science.

“Hasta ahora nunca se había realizado un mapeo tan minucioso de la diversidad microbiana marina”, declaró Hugo Sarmento, docente del Departamento de Hidrobiología de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), con sede en São Paulo, Brasil, y coautor de uno de los estudios, a Agência FAPESP.

“La cantidad muestras recogidas y de datos recabados sobre el océano es la mayor que ya se haya registrado”, afirmó el investigador, quien participó en la etapa inicial de la expedición y actualmente lleva adelante un proyecto de investigación con apoyo de la FAPESP, en la modalidad Jóvenes Investigadores en Centros Emergentes.

De acuerdo con Sarmento, el objetivo de la expedición consistió en realizar un mapeo a nivel mundial del plancton marino, tal como se le denomina al conjunto de microorganismos microscópicos –tales como virus, bacterias, algas y aguavivas que flotan en la superficie de los mares, ríos y lagos– que forman la base de la cadena alimentaria acuática.

A tal fin, un consorcio internacional integrado por 160 científicos de 40 países recolectó entre 2009 y 2013 alrededor de 35 mil muestras de plancton y agua en 210 zonas oceánicas del mundo –la costa brasileña inclusive–, con una profundidad de hasta 2 mil metros, operando desde la goleta de investigación oceanográfica Tara, de 36 metros de eslora.

Se secuenció el genoma de las muestras moleculares de plancton recolectadas y esto resultó en un banco de datos compuesto por 12,581 gigabases (Gb) –billones de pares de bases de ADN–, equivalente a aproximadamente 135 genomas humanos secuenciados por completo.

“Fue el mayor esfuerzo de secuenciación de ADN ya realizado, y no sólo en Oceanografía, pues también sobrepasó a iniciativas concretadas en otras áreas, tales como la de Salud, en la cual en los últimos años se plasmaron proyectos como el de secuenciación de la microbiota intestinal humana”, comparó.

El Proyecto del Microbioma Humano, que se inició en 2012 y contó con financiación de los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos (NIH, por sus siglas en inglés), por ejemplo, generó la secuenciación 1.500 millones de pares de bases (Tb). En tanto, el Proyecto de la Metagenómica del Tracto Intestinal Humano (MetaHIT), financiado por la Unión Europea, resultó en 3,8 Tb de datos de material genético (metagenómico) secuenciados.

En contrapartida, la secuenciación de tan sólo 243 muestras de bacterias recolectadas en 68 regiones oceánicas de todo el mundo durante la expedición Tara Oceans, resultó en 7,2 Tb de datos metagenómicos. “La generación de esa cantidad de datos sólo fue posible en razón de los avances recientes en las técnicas de secuenciación genética y de análisis computacional”, dijo Sarmento. “El surgimiento de dicho técnicas permitió acceder al contenido taxonómico y genómico de las comunidades microbianas del océano y, por consiguiente, también estudiar sus estructuras, su diversidad y su potencial funcional”, sostuvo.

Semejanzas genéticas

Mediante el análisis de los 7,2 Tb de datos metagenómicos de 243 muestras de bacterias recolectadas, el investigador y sus colaboradores generaron un catálogo de referencia genética del microbioma marino con más de 40 millones de genes. Con base en ese catálogo –que se encuentra disponible en internet para la utilización gratuita de la comunidad científica–, los científicos identificaron un conjunto de familias de genes funcionales que son más comunes en los microorganismos marinos.

Al compararlos con los genes secuenciados en el marco del Proyecto del Microbioma Humano y del Meta HIT, constataron que más del 73% de los genes funcionales de los microorganismos marinos se comparte con los del microbioma intestinal humano, pese a las diferencias fisicoquímicas entre ambos ecosistemas. “La secuenciación genética de las muestras de plancton recolectadas durante la expedición puede resultar en la identificación de decenas de miles de nuevas especies de bacterias, organismos unicelulares y virus marinos”, apuntó Sarmento.

Otro descubrimiento, también a cargo del científico y sus colaboradores durante la investigación, indicó que la temperatura constituye el principal factor ambiental determinante de la composición del microbioma marino. De esta manera, los cambios climáticos globales pueden ocasionar graves impactos sobre la diversidad de esos microorganismos, toda vez que reaccionan rápidamente a las variaciones del clima y a la acidificación del océano, según destacan los autores. “Una de las motivaciones del proyecto es evaluar de qué manera están concretándose esas alteraciones en el océano: de qué modo la contaminación, la pesca excesiva y el aumento de la temperatura afectan a los microorganismos marinos”, dijo Sarmento.

Según el investigador, los microorganismos marinos cumplen papeles fundamentales en procesos biogeoquímicos en el océano, en los ciclos del carbono y de nutrientes, por ejemplo. Asimismo, son tan importantes para el sistema terrestre como las selvas tropicales, al ser responsables de la producción de la mitad del oxígeno de la Tierra a través de la fotosíntesis y por absorber CO2 de la atmósfera. “El océano ocupa las dos terceras partes de la superficie de la Tierra, y todo el proceso de fotosíntesis que realiza en él es generado casi totalmente por los microorganismos marinos”, afirmó.

Los científicos también constataron que el microbioma marino varía de una zona a otra, de acuerdo con el lugar, la temperatura y la composición del agua. Hay virus y bacterias que existen en el Atlántico y que no se ven en el Pacífico, por ejemplo, y lo que los separa son los remolinos oceánicos, según apuntó el estudio. “En razón de la capacidad del océano para dispersar microorganismos, se creía que no hubiese biogeografía [distribución geográfica]”, dijo Sarmento. “Hoy en día, con las tecnologías de secuenciación genética existentes, es posible afirmar que sí hay biogeografía de microorganismos y que la biodiversidad de plancton no es igual en las distintas regiones del océano”, afirmó.

De acuerdo con el investigador, en 1 mililitro de agua –el equivalente a tres gotas– hay aproximadamente 1 millón de bacterias y 10 millones de virus. “En general, la biodiversidad microbiana es más elevada que la de animales y plantas”, comparó.

En el proyecto de investigación que lleva adelante con el apoyo de la FAPESP, el científico pretende concretar un mapeo de la diversidad microbiana en ambientes acuáticos del estado de São Paulo: utilizaría eventualmente el buque oceanográfico Alpha Crucis y el barco oceanográfico Alpha Delphini, adquisiciones de la FAPESP para el Instituto Oceanográfico de la Universidad de São Paulo (USP).