Hace mucho tiempo, durante el Renacimiento europeo, Leonardo da Vinci escribió que los humanos "sabemos más sobre el movimiento de los cuerpos celestes que sobre el suelo bajo sus pies". Quinientos años e innumerables avances tecnológicos y científicos más tarde, su sentimiento aún es cierto.
Pero eso podría cambiar pronto.
en un informe publicado en Comunicaciones de la naturaleza un equipo de científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab detalló el primer uso exitoso de una técnica llamada BONCAT para aislar microbios activos presentes en una muestra de suelo; un logro podría permitir una mareade nueva investigación.
"Los suelos son probablemente las comunidades microbianas más diversas del planeta", dijo Estelle Couradeau, primer autor del estudio. "En cada gramo de suelo, hay miles de millones de células de decenas de miles de especies que, en conjunto, funcionanciclos importantes de nutrientes de la Tierra. Son la columna vertebral de los ecosistemas terrestres, y los microbiomas saludables del suelo son clave para la agricultura sostenible. Ahora tenemos las herramientas para ver quiénes son estas especies, pero aún no sabemos cómo hacen lo que hacen.estudio de prueba de concepto muestra que BONCAT es una herramienta eficaz que podríamos usar para vincular microbios activos a procesos ambientales ".
Durante los últimos dos años, Couradeau, sus coautores y muchos otros investigadores de todo Estados Unidos han colaborado en un área de enfoque científico dirigida por Berkeley Lab llamada ENIGMA para ecosistemas y redes integradas con genes y ensambles moleculares enpara profundizar en el funcionamiento interno de los microbiomas del suelo.Los proyectos de ENIGMA son de alta prioridad para los biólogos y los científicos de la energía y de la Tierra no solo porque ayudan a llenar los vacíos en nuestro conocimiento de cómo funciona el medio ambiente, sino también porque estas ideas fundamentales podrían ayudarLos científicos aplicados aprovechan más eficazmente los microbiomas para mejorar la resistencia a la sequía en los cultivos, eliminar los contaminantes del medio ambiente y producir de manera sostenible combustibles y otros bioproductos.
Sin embargo, debido a que la mayoría de los microbios del suelo no crecerán en cultivos en un laboratorio, y debido a su abundancia realmente alucinante en sus hábitats naturales, investigar qué especies de microbios hacen lo que es increíblemente difícil ". Hay muchas barreras para medir los microbiosactividades e interacciones ", dijo Trent Northen, autor principal y director de biotecnología de ENIGMA." Por ejemplo, los microbiomas del suelo que eliminan los desechos de los depósitos subterráneos de agua se encuentran a cientos de pies debajo de la superficie. Y en algunos ecosistemas, hasta el 95% delos microbios están inactivos en cualquier momento ".
Debido a que la observación directa está fuera de la mesa, los microbiólogos generalmente recolectan muestras ambientales y confían en enfoques indirectos como la secuenciación de ADN para caracterizar a las comunidades. Sin embargo, la mayoría de las técnicas comúnmente utilizadas no logran diferenciar los microbios activos de aquellos que están inactivos o deplétora de fragmentos de ADN que flotan libremente en el suelo y los sedimentos.
BONCAT, abreviatura de etiquetado de aminoácidos bioartogonales no canónicos, fue inventado por los genetistas de Caltech en 2006 como una forma de aislar proteínas recién hechas en las células. En 2014, Rex Malmstrom, Danielle Goudeau y otros del Departamento de Energía de EE. UU. DOE Joint Genome Institute JGI, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias administrada por Berkeley Lab, colaboró con el laboratorio de Victoria Orphan en Caltech para adaptar BONCAT en una herramienta que podría identificar grupos de docenas simbióticos activos en cientos de microbios marinos dentro de sedimentos oceánicosDespués de refinar aún más su enfoque, llamado BONCAT Fluorescent Activated Cell Sorting BONCAT + FACS, pudieron detectar microbios activos individuales.
Como su nombre lo indica, BONCAT + FACS permite a los científicos clasificar organismos unicelulares en función de la presencia o ausencia de moléculas marcadoras fluorescentes, que se unen a una versión modificada del aminoácido metionina. Cuando se introduce fluido que contiene la metionina modificadauna muestra de microbios, solo aquellos que crean nuevas proteínas, el sello distintivo de la actividad, incorporarán la metionina modificada en las células.
Además de ser mucho más ágil y confiable que los métodos anteriores de identificación microbiana, todo el proceso lleva solo unas pocas horas, lo que significa que puede etiquetar las células activas incluso si no se están replicando.
Dado que algunos microbios del suelo son notoriamente de crecimiento lento, muchos científicos se interesaron inmediatamente en aplicar BONCAT + FACS a los suelos terrestres. Después de tres meses de experimentación y optimización, el equipo de investigadores de ENIGMA y JGI diseñó un protocolo que funciona sin problemas y,lo más importante, da resultados muy reproducibles.
"BONCAT + FACS es una herramienta poderosa que proporciona un método más refinado para determinar qué microbios están activos en una comunidad en un momento determinado", dijo Malmstrom, quien también es autor del estudio actual. "También abre la puerta".para que podamos experimentar, evaluar qué células están activas en la condición A y qué células se vuelven activas o inactivas cuando se cambia a la condición B. "
En adelante, BONCAT + FACS será una capacidad disponible para los investigadores que deseen colaborar a través de los programas de usuario de JGI. Northen y Malmstrom ya han recibido varias propuestas de grupos de investigación ansiosos por comenzar a trabajar con la herramienta, incluidos grupos de Berkeley Lab queesperamos usar BONCAT para evaluar cómo los cambios ambientales estimulan a los grupos de microbios ". Con BONCAT, podremos obtener instantáneas inmediatas de cómo los microbiomas reaccionan a las fluctuaciones normales del hábitat y a los eventos climáticos extremos, como la sequía y las inundaciones, que soncada vez más frecuente ", dijo Northen.
Según Couradeau, el equipo espera que el enfoque catalice una variedad de otras líneas de estudio importantes e intrigantes, como mejorar las prácticas agrícolas en la tierra, evaluar la susceptibilidad a los antibióticos en microbios no cultivables e investigar los roles completamente desconocidos de Candidatus Dormibacteraeota, unfilo de bacterias del suelo, que se encuentran en todo el mundo, que parecen permanecer latentes la mayor parte del tiempo.
Reflexionando sobre cómo él y sus colegas lograron un objetivo que muchos han estado persiguiendo, Malmstrom citó la diversidad de científicos dentro de ENIGMA y JGI. "Este es un verdadero ejemplo de ciencia de equipo, porque ninguna persona sola tuvo o tendrá la experiencia paraHazlo todo."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :