Aunque las poblaciones microbianas globales son órdenes de magnitud más grandes que casi cualquier otra población en, en o alrededor del planeta, hasta ahora solo se ha identificado una fracción. El Departamento de Energía de los EE. UU. DOE está tratando de descubrir el verdadero alcance de laLa diversidad microbiana del planeta para aprender más sobre los genes, las enzimas y las rutas metabólicas que juegan un papel clave en la regulación de los ciclos biogeoquímicos críticos. Encuestas más exhaustivas podrían conducir a nuevas estrategias para que los investigadores del DOE avancen sus investigaciones energéticas y ambientales.
En un estudio publicado el 27 de enero de 2016 en Comunicaciones de la naturaleza , un equipo dirigido por investigadores del DOE Joint Genome Institute JGI, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE, utilizó la mayor colección de conjuntos de datos metagenómicos para descubrir un filo bacteriano completamente nuevo al que denominaron "Kryptonia".
"Estábamos interesados en buscar secuencias bacterianas o arqueológicas novedosas y divergentes que no se hubieran caracterizado previamente", dijo el primer autor del estudio, Emiley Eloe-Fadrosh, científico investigador del DOE JGI. "No teníamos un objetivo particular paraperseguir, pero razonó que probablemente había una gran cantidad de diversidad sin explotar esperando ser descubierta en todos los datos metagenómicos ".
Una señal en el ruido
Un investigador que analiza grandes cantidades de datos genómicos no es diferente a un beachcomber que escanea lentamente una playa con un detector de metales. Ambos buscan una señal en el ruido que indique un tesoro enterrado, ya sean microbios novedosos u oro pirata. El equipo comenzó con5.2 trillones de bases Terabases o Tb de secuencia en el sistema Integrado de Genomas Microbianos con Muestras de Microbioma IMG / M. Después de buscar este equivalente de más de 1,700 genomas humanos o 1 millón E. coli genomas bacterianos, el equipo identificó secuencias largas que contenían un marcador filogenético ADN correspondiente al ARN ribosómico, ARNr comúnmente utilizado para asignar toda la vida bacterias, arqueas y eucariotas en un sistema de clasificación particular.
El equipo identificó secuencias de cuatro manantiales geotérmicos diferentes: Great Boiling Spring, Nevada, Dewar Creek Spring en Canadá y las piscinas de Gongxiaoshe y Jinze en China, que no se pudieron colocar en ningún filo reconocible. Reconstruyendo los genomas a partir de metagenómicaconjuntos de datos y genomas unicelulares produjeron cuatro linajes que pertenecen al nuevo filo candidato, llamado Kryptonia Candidatus Kryptonia de la palabra griega para "oculto"
Eloe-Fadrosh dice que la identificación de un nuevo filo candidato fue una sorpresa. "Dado que actualmente hay 35 phyla bacterianos y arqueados cultivados, y aproximadamente el mismo número de phyla no cultivados reconocidos, Eloe-Fadrosh dice que la identificación de un nuevo phylum candidato fue una sorpresa".phylum. Con todos los estudios que se han llevado a cabo en aguas termales, se supone que se han encontrado todas las novedades. Pero encontramos estos linajes desconocidos en gran abundancia ".
El análisis de los genomas de Kryptonia casi completos recuperados de este conjunto de datos metagenómicos también reveló la presencia del sistema de defensa de fagos CRISPR-Cas en estos organismos. Utilizando esta información, el equipo pudo rastrear la distribución biogeográfica global de Kryptonia vis-à-visa los supuestos fagos que infectan a la bacteria. "Mientras que mucha investigación y atención de los medios se está reuniendo en torno a las aplicaciones biotecnológicas del sistema CRISPR-Cas, estamos muy entusiasmados de usarlo como una herramienta poderosa para reconstruir el historial de infección de los organismos, así como una huella dactilar para descubrir y rastrear los virus correlacionados ", dijo Nikos Kyrpides, jefe del programa Prokaryote Super, coautor del artículo.
Descubrir novedad también revela sesgos
Los análisis de Kryptonia revelan que las bacterias necesitan depender de otros microbios para varios requerimientos nutricionales, lo que sugiere una razón por la cual este phylum candidato no se había encontrado previamente a pesar de su abundancia en manantiales geotérmicos. "Presumimos que Kryptonia se involucra en una asociación metabólica, yes muy difícil cultivar bacterias que tienen interacciones únicas en la naturaleza que no necesariamente pueden replicarse en el laboratorio ", dijo Eloe-Fadrosh, quien atribuyó el poder combinado de la metagenómica y la genómica unicelular para capturar los nuevos microbios descritos en el"Creo que uno de los grandes desafíos para el campo es cuantificar la diversidad microbiana, y estas tecnologías nos están acercando a hacer realidad eso".
El trabajo refuerza la perspectiva publicada en ciencia el año pasado por el director del DOE JGI, Eddy Rubin, y la directora del Programa Microbiano, Tanja Woyke. "Hay razones para creer que los enfoques actuales pueden perder taxones, especialmente si son muy diferentes de los que hasta ahora se han caracterizado", escribieron."Las exploraciones pasadas de los conjuntos de datos metagenómicos disponibles se han centrado en el descubrimiento de coincidencias con los genes y genomas conocidos, un análisis que está predispuesto naturalmente a descubrir una vida completamente nueva"
Eloe-Fadrosh dijo que el equipo encontró vías metabólicas únicas en Kryptonia, insinúa que puede haber otras enzimas nuevas relacionadas con vías biológicas que esperan ser descubiertas. "Al igual que Taq polimerasa fue revolucionaria para la biología molecular, podría haber una enzima en Kryptoniacon relevancia biotecnológica ", agregó.
Sus palabras se hacen eco de las especulaciones ofrecidas por el coautor del estudio y colaborador del DOE JGI, Brian Hedlund, de la Universidad de Nevada, Las Vegas. Al señalar que Kryptonia desempeña un papel en la degradación de la lignocelulosa, agregó que todavía hay recursos potenciales que esperan ser aprovechados.para aplicaciones de biotecnología en la "materia oscura microbiana" de la que acaba de surgir Kryptonia. Por ejemplo, dijo, las compañías están comercializando enzimas de termófilos para pruebas de diagnóstico rápido, incluidas las de investigaciones previas habilitadas por el DOE JGI en piscinas de agua caliente de Yellowstone ".Creo que las aplicaciones están ahí si las personas gastan tiempo y dinero buscando los microbios ", dijo.
Eloe-Fadrosh habló sobre la búsqueda de Kryptonia en el DOE JGI 2015 Genomics of Energy and Environment Meeting. Vea el video en http://bit.ly/JGI15UMKryptonia .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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