Un nuevo método revela la actividad oculta de la vida bajo Tierra

Un equipo de científicos dirigido por investigadores del Laboratorio Bigelow de Ciencias Oceánicas (Estados Unidos) ha desarrollado un método innovador para vincular la genética y la función de microbios individuales que viven sin oxígeno en las profundidades de la superficie de la Tierra. Medir ambos atributos (y, lo que es más importante, vincularlos) ha sido durante mucho tiempo un desafío en microbiología, pero es fundamental para comprender el papel de las comunidades microbianas en procesos globales como el ciclo del carbono. Los hallazgos, publicados en 'Proceedings of the National Academy of Sciences' , muestran cómo este método puede ser una herramienta poderosa para medir qué tan activos son diferentes organismos en estos ambientes extremos. El nuevo enfoque, desarrollado en el Centro de Genómica Unicelular del Laboratorio Bigelow (SCGC por sus siglas en inglés), permitió a los investigadores descubrir que una especie de bacteria consumidora de sulfato era no sólo el organismo más abundante sino también el más activo en un acuífero de agua subterránea debajo del Valle de la Muerte, casi media milla más abajo de la superficie. "Anteriormente, teníamos que asumir que todas las células operaban al mismo ritmo, pero ahora podemos ver que existe una amplia gama de niveles de actividad entre los miembros individuales de las comunidades microbianas", explica la investigadora científica y autora principal del artículo Melody Linda: "Eso nos ayuda a comprender de qué son capaces estas comunidades microbianas y cómo eso podría influir en los ciclos biogeoquímicos globales". El estudio reciente es parte de un proyecto más amplio que vincula el código genético de los microbios (el modelo de lo que son capaces de hacer) con lo que realmente están haciendo en un momento dado. La citometría de flujo, un método para analizar microbios ambientales individuales que fue adaptado en el Laboratorio Bigelow de las ciencias biomédicas, permitió a los investigadores clasificar rápidamente los microbios vivos en las muestras de agua del acuífero. Esos microbios se tiñeron con un compuesto especialmente diseñado que se ilumina bajo el láser de citometría de flujo cuando ocurren ciertas reacciones químicas dentro de la célula. La relación entre la fluorescencia de las células bajo el láser y la velocidad de esas reacciones fue resuelta experimentalmente con cultivos de células cultivadas en laboratorio por estudiantes internos en el Laboratorio Bigelow y luego aplicada a las muestras del Valle de la Muerte. Una vez que se midieron y aislaron las células activas, el equipo secuenció sus genomas individuales. Los investigadores también utilizaron metatranscriptómica, un método para determinar qué genes se expresan activamente, y trazadores de radioisótopos, un método más tradicional para medir la actividad dentro de una comunidad microbiana. Esto se hizo tanto para "verificar dos veces" sus resultados como para obtener aún más información sobre los vínculos entre lo que estos microbios son genéticamente capaces de hacer y lo que realmente están haciendo. El Centro de Genómica Unicelular es la única instalación analítica del mundo que ofrece esta nueva técnica a los investigadores. "Este estudio fue una oportunidad emocionante para nuestro equipo de investigación y el SCGC para ayudar a mejorar nuestra comprensión de los inmensos y enigmáticos ecosistemas microbianos subterráneos", comenta el investigador principal del Laboratorio Bigelow, Ramunas Stepanauskas, director del SCGC e investigador principal del proyecto. Con este nuevo artículo, el equipo está ampliando ese método para demostrar que se puede utilizar en entornos de baja biomasa con microbios que no dependen del oxígeno. Comenzamos con organismos que respiran oxígeno en el océano porque son un poco más activos, un poco más fáciles de clasificar y más fáciles de cultivar en el laboratorio", relata Lindsay. "Pero la respiración aeróbica es sólo un proceso posible en microbiología, por lo que queríamos ir más allá". Los resultados confirmaron que la bacteria Candidatus Desulforudis audaxviator no sólo era el microbio más abundante en este entorno, sino también el más activo, reduciendo el sulfato para obtener energía. Las tasas de actividad general que midió el equipo fueron bajas en comparación con las muestras de agua de mar del estudio anterior, pero hubo grandes diferencias entre la actividad de los microbios individuales. El equipo de investigación ahora está trabajando para aplicar su método para medir otras reacciones anaeróbicas, como la reducción de nitratos, y a nuevos entornos, incluidos los sedimentos a lo largo de la costa de Maine. Un proyecto relacionado financiado por la NASA también está permitiendo a Lindsay y sus colegas probar el método en las profundidades del subsuelo del océano.