Un equipo de destacados científicos liderados por investigadores del Laboratorio Bigelow de Ciencias Oceánicas en Estados Unidos, ha logrado desarrollar un innovador método capaz de vincular la genética y la función de microbios individuales que habitan en entornos carentes de oxígeno en las profundidades de la superficie terrestre.
Durante décadas, la medición simultánea de estos atributos ha representado un desafío formidable en el campo de la microbiología, sin embargo, resulta fundamental para comprender el papel crucial que desempeñan las comunidades microbianas en procesos globales como el ciclo del carbono.
Este trascendental avance científico promete ser una herramienta poderosa para medir la actividad de diferentes organismos en estos ambientes extremos.
En un acuífero subterráneo del emblemático Valle de la Muerte, situado en California, a cientos de metros bajo la superficie, los investigadores aplicaron este novedoso enfoque desarrollado en el Centro de Genómica Unicelular del Laboratorio Bigelow.
Los sorprendentes hallazgos revelaron que una especie de bacteria consumidora de sulfato, identificada como Candidatus Desulforudis audaxviator, no solo era el organismo más abundante, sino también el más activo en este entorno.
“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. Eso nos ayuda a comprender de qué son capaces estas comunidades microbianas y cómo eso podría influir en los ciclos biogeoquímicos globales”, explicó la investigadora científica y autora principal del artículo, Melody R. Lindsay.
El estudio forma parte de un proyecto más amplio que busca vincular 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.
Mediante la citometría de flujo, un método adaptado de las ciencias biomédicas para analizar microbios ambientales individuales, los investigadores pudieron clasificar rápidamente los microbios vivos en las muestras de agua del acuífero.
Estas células fueron teñidas 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 citometría de flujo permitió clasificar rápidamente los microbios vivos en las muestras.
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 medidas y aisladas las células activas, el equipo secuenció sus genomas individuales. Además, 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.
Estos enfoques complementarios se emplearon tanto para verificar los resultados como para obtener información adicional sobre los vínculos entre lo que estos microbios son genéticamente capaces de hacer y lo que realmente están haciendo.
“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. Pero la respiración aeróbica es sólo un proceso posible en microbiología, por lo que queríamos ir más allá”, comentó Lindsay.
Los resultados confirmaron que la bacteria Candidatus Desulforudis audaxviator no solo era el microbio más abundante en este entorno, sino también el más activo, reduciendo el sulfato para obtener energía.
Las tasas de actividad general medidas por 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.
