Un equipo de científicos analizó los genomas de la bacteria Candidatus Desulforudis audaxviator (un extremófilo capaz de vivir aislado, sin oxígeno y a 60 grados celsius) a partir de muestras recolectadas en diferentes años en diferentes partes del mundo: en Asia, Sudáfrica y América del Norte. Para sorpresa de los investigadores, los representantes de las diferentes poblaciones de microbios muy distanciadas entre sí eran casi idénticos. Es muy poco probable que CDA haya viajado distancias tan grandes por aire o agua, lo que llevó a los autores a concluir que su genoma se ha mantenido estable durante decenas de millones de años. Los detalles de esta especie fueron publicado en The ISME Journal.
Comprender los mecanismos y las tasas de evolución de los microorganismos es importante para los científicos: esta información puede ayudar a combatir mejor las enfermedades infecciosas, aplicar la biotecnología para restaurar el medio ambiente y comprender mejor la diversidad de la vida. La mayoría de las ideas modernas sobre la evolución de las bacterias se basan en el estudio de los genomas de un pequeño número de especies que cambian rápidamente, principalmente patógenos y simbiontes humanos. Los microorganismos cultivados en condiciones de laboratorio no están privados de nutrientes, cambian de generación en cuestión de días o incluso minutos, y les basta con varios años para acumular sustituciones de nucleótidos o adquirir genes. Recientemente, los avances en el estudio de los microorganismos ambientales mostraron que los modelos de laboratorio pueden no ser ideales para estudiar bacterias y arqueas en general. Los organismos pueden adecuarse a estrategias de vida completamente diferentes, lo que puede afectar la velocidad de su evolución.
Los poco explorados microorganismos de las profundidades
Casi inexplorados hasta hace poco, los microorganismos sedimentarios submarinos representan alrededor del 10% de toda la biomasa del planeta. Muchos de ellos sobreviven con recursos que carentes de energía y el cambio generacional se produce cada pocos meses y, a veces, en décadas. La bacteria CDA, hallada en profundidades del subsuelo, se convirtió en uno de los microorganismos modelo para estudiar la vida en tales condiciones.
Un grupo de científicos liderado por Ramunas Stepanauskas estudió los genomas de CDA a partir de muestras obtenidas en diferentes años en puntos distantes del planeta. Los investigadores esperaban encontrar diferencias genéticas entre los genomas de bacterias de diferentes poblaciones o signos de adaptación a las condiciones ambientales locales. Para su sorpresa, las secuencias genómicas resultaron ser casi idénticas entre sí. En las comparaciones, las bacterias de CDA de diferentes orígenes compartían más del (>) 99,5% de identidad de nucleótidos promedio.
NASA
Sin embargo, los autores del trabajo encontraron 21 genes únicos pertenecientes a un lugar de origen particular de las muestras. Estos genes eran parcialmente homólogos a los de otros microorganismos subterráneos. Esto quiere decir que la transferencia horizontal de genes, aunque poco frecuente, todavía juega un papel en la diversidad genómica de CDA.
Además, los científicos detectaron 33 regiones CRISPR con 138 espaciadores únicos. Los espaciadores eran 100% idénticos entre sí: la secuencia de las regiones y sus secuencias de nucleótidos eran las mismas. Por el contrario, no se encontraron nuevos espaciadores que pudieran surgir en respuesta a infecciones recientes. Lo último fue particularmente sorprendente, dado que se considera que los genes CRISPR cambian extremadamente rápido.
Sorprendentemente parecidos
Así, los genomas de CDA de tres continentes diferentes resultaron ser sorprendentemente similares entre sí. Los autores del trabajo descartaron la suposición de que las muestras estuvieran de alguna manera contaminadas o mezcladas entre sí. Los investigadores que recolectaron la muestra en Siberia nunca estuvieron en Sudáfrica, California o viceversa.
Se consideró la posibilidad de transportar bacterias CDA de forma natural a grandes distancias. Sin embargo, es poco probable que CDA pueda viajar por el aire en estado vegetativo; estas bacterias no tienen genes que puedan protegerlas de los efectos dañinos del oxígeno. Lo más probable es que no pudieran moverse de un continente a otro con agua: CDA no sobrevive en agua salada y no se encontró en corrientes profundas.
Los hábitats de las poblaciones de CDA que participaron en el estudio estuvieron separados durante al menos 55 millones de años, cuando América del Norte se separó de Eurasia. África se separó del supercontinente Laurentia hace 165 millones de años. La división de poblaciones de CDA podría haber ocurrido durante las divisiones de supercontinentes, lo que deja en claro que estas bacterias tienen un genoma sorprendentemente estable.
Los científicos han intentado averiguar cuál es la razón de la casi ausencia de evolución de estas bacterias. CDA rara vez forma esporas (es decir, son casi constantemente metabólicamente activas) y su período de duplicación no supera los diez años. Los autores tampoco vieron signos de una fuerte selección selectiva en los genomas bacterianos. Una explicación probable son los muy bien mecanismos de reparación del ADN. El genoma de CDA codifica al menos siete de estos sistemas. Además, estas bacterias poseen proteínas que se unen al ADN, lo que también pueden reducir la tasa de mutación.
Una lección para los biotecnólogos
Conocer a estos microorganismos adetalle podría ayudar a los avances en biotecnología, desde pruebas de diagnóstico hasta terapia génica, dijeron los autores del trabajo. Sin embargo, más allá de cómo podemos usarlo para nuestro propio beneficio, el hallazgo nos muestra lo poco que no sabemos sobre nuestro extraño, maravilloso y diverso planeta.
“Estos hallazgos son un poderoso recordatorio de que las diversas ramas microbianas que observamos en el árbol de la vida pueden diferir enormemente en el tiempo transcurrido desde su último ancestro común”, dijo Eric Becraft, autor principal.
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, tecnología que suma.
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