Universidad
Politécnica de Madrid

17.12.2021

Las comunidades microbianas dominan la vida en la Tierra y han dado forma al planeta tal y como lo conocemos. En su conjunto, los microorganismos representan una biomasa total sólo superada por las plantas, pudiendo ser encontrados en cualquier tipo de hábitat.

En las últimas décadas, la exploración de estas comunidades (conocidas como microbiomas) mediante técnicas de secuenciación masiva, ha revelado una enorme biodiversidad microbiana así como importantes implicaciones en el modelado de ecosistemas y la salud humana y de las plantas.

Sin embargo, aún  se desconocen muchos aspectos sobre la dinámica y distribución ecológica de estos microbiomas a una escala global: ¿Pueden las mismas especies de microorganismos habitar ecosistemas diferentes? ¿Cuál es la variabilidad genética en el microbioma global? ¿Responden los cambios genéticos observados entre especies a adaptaciones al medio?  

Estas y otras preguntas se abordan en el artículo "Towards the biogeography of prokaryotic genes", publicado hoy en la revista Nature. En él, se presenta una perspectiva unificada del microbioma de 14 ecosistemas, y se analiza el valor funcional y adaptativo de más de 300 millones de genes bacterianos obtenidos a partir de 13,000 muestras de ADN.

Crédito de la imagen: Isabel Romero Calvo/EMBL.

El estudio, co-liderado por los laboratorios de biología computacional del Dr. Peer Bork (EMBL, Alemania), Luis P. Coelho (Fudan University, China) y Jaime Huerta-Cepas (CBGP UPM-INIA/CSIC, España), describe la distribución biogeográfica y la presión selectiva a lo largo de este extenso catálogo de genes, cada uno de los cuales considerado único a nivel de secuencia y representativo de una especie microbiana.

Los resultados muestran que sólo una pequeña parte de dichos genes se distribuyen a lo largo de  múltiples ecosistemas, apoyando así la hipótesis de que la adaptación al ambiente estaría sucediendo a niveles taxonómicos muy específicos. Asimismo, el trabajo ahonda en el análisis de la variabilidad genética de los microorganismos desde el punto de vista de la genómica comparada, agrupando los genes del catálogo en grandes familias y cuantificando el posible grado de redundancia funcional entre ecosistemas. Sorprendentemente, los resultados apuntan a que la mayoría de los genes observados serían variantes de una pequeña porción de todas las familias génicas exploradas, y la mayor parte de dichas variantes serían evolutivamente neutras. No obstante, el trabajo también estima que un pequeño porcentaje de estos genes (millones, en términos absolutos) podrían tener un alto valor adaptativo y, por lo tanto, una mayor dispersión ecológica.

En conjunto, el trabajo aporta un nuevo enfoque al estudio del microbioma del planeta, analizándolo como un sistema único y global, abriendo nuevas vías de investigación encaminadas a la identificación de nuevas funciones génicas y el estudio de la adaptación de determinados organismos a condiciones medioambientales específicas.

El trabajo ha contado con la participación de los investigadores Álvaro Rodríguez del Río, Carlos Pérez Cantalapiedra y Joaquín Giner Lamia, pertenecientes al laboratorio de metagenómica comparada del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (CBGP), liderado por Jaime Huerta-Cepas (Investigador INIA/CSIC). El CBGP es un centro de investigación mixto entre la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y el Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Esta investigación ha contado con financiación del proyecto Centro de Excelencia Severo Ochoa , el programa INPhINIT de la Fundación La Caixa y otros fondos de la Agencia Estatal de Investigación.   

Ref: Coelho, L.P., Alves, R., del Río, Á.R. et al. Towards the biogeography of prokaryotic genes. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04233-4