Una nueva investigación muestra cómo se pueden utilizar los océanos para ayudar a abordar desafíos importantes, como la escasez de medicamentos antimicrobianos, soluciones a la contaminación plástica y nuevas enzimas para la edición del genoma.
Durante los últimos 20 años, los científicos han aumentado considerablemente la cantidad de genomas microbianos recolectados del océano. Sin embargo, utilizar esta información para la biotecnología y la medicina ha resultado difícil.
Para este nuevo estudio, la investigación está dirigida por el BGI de China en colaboración con la Universidad de Shandong, la Universidad de Xiamen, la Universidad Ocean de China (WUC), la Universidad de Copenhague (Dinamarca) y la Universidad de East Anglia (UEA) en el Reino Unido. Los investigadores analizaron los genomas de casi 43.200 microorganismos (bacterias, arqueas) procedentes de muestras marinas, descubriendo una amplia diversidad con 138 grupos distintos.
Proporcionan nuevos conocimientos sobre cómo evoluciona el tamaño del genoma y, por ejemplo, cómo los microbios marinos equilibran el sistema CRISPR-Cas (parte de su defensa inmune) con genes de resistencia a los antibióticos. Muchos de estos genes son activados por antibióticos para ayudar a los microbios a sobrevivir.
El sistema CRISRP-Cas y los genes de resistencia a los antibióticos también forman parte del sistema inmunológico de las bacterias. Utilizando métodos informáticos, el equipo descubrió un nuevo sistema CRISPR-Cas9 y 10 péptidos antimicrobianos, otra parte importante del sistema inmunológico de varios organismos.
Antimicrobianos, incluidos antibióticos, antivirales, antifúngicos y antiparasitarios: medicamentos utilizados para prevenir y tratar infecciones en humanos, animales y plantas. Sin embargo, según la Organización Mundial de la Salud, un sistema inmunológico en crecimiento debido al uso excesivo de algunos medicamentos amenaza la prevención y el tratamiento efectivos del aumento de infecciones, por lo que es necesario encontrar otros nuevos.
Publicación de resultados en revistas. la naturalezaEl equipo también encontró tres enzimas que pueden descomponer un plástico común que contamina el océano, el tereftalato de polietileno (PET), otro importante problema ambiental y de salud.
Los experimentos de laboratorio confirmaron los resultados obtenidos por la metagenómica oceánica, mostrando su utilidad potencial. El autor principal del Reino Unido, Thomas Mock, profesor de Microbiología Marina en la Escuela de Ciencias Ambientales de la UEA, dijo que el trabajo lleva el campo de la metagenómica oceánica “al siguiente nivel”.
“Este estudio destaca cómo la secuenciación metagenómica a gran escala del microbioma del océano puede ayudarnos a comprender la diversidad microbiana marina y cómo ha evolucionado, y explorar nuevas formas de utilizar este conocimiento en biotecnología y medicina”, dijo el profesor Mock.
“Las interacciones entre los microbios marinos y su entorno sustentan procesos a escala global como la fijación de carbono y el reciclaje de nutrientes. Por lo tanto, estas interacciones contribuyen a la habitabilidad en la Tierra porque los océanos son los ecosistemas más grandes e importantes del planeta.
“Factores como la salinidad, los cambios de temperatura, la disponibilidad de luz y las diferencias de presión desde la superficie hasta el fondo del océano y desde los polos hasta los trópicos crean presiones de selección únicas que afectan la adaptación y la coevolución de los microbios marinos.
“Con base en estos conocimientos, nuestro estudio utiliza un depósito de genomas microbianos marinos recuperados de metagenomas como un recurso clave para la extracción de genomas y la bioprospección. Este enfoque nos permite descubrir nuevas herramientas genéticas y compuestos bioactivos”.
Los datos cubren una variedad de entornos marinos en todo el mundo, que se extienden de polo a polo y desde la superficie hasta las fosas oceánicas más profundas. Por lo tanto, la investigación aumenta significativamente el conocimiento del microbioma marino con la creación de una nueva base de datos disponible públicamente, que incluye aproximadamente 24.200 genomas a nivel de especie.
“Si bien estudios anteriores han proporcionado información preliminar sobre el papel de los sistemas marinos en el mantenimiento de la diversidad biológica, nuestra investigación no sólo se basa en estos hallazgos sino que también introduce nuevas oportunidades para la exploración y el uso sostenible del océano, que trasciende los desafíos humanos globales. Nuestra sociedad caras del planeta”, afirmó el profesor Mock.
“Avanzar en este trabajo con la extracción del genoma del microbioma oceánico basada en el aprendizaje profundo, combinado con pruebas de laboratorio bioquímicas y biofísicas, muestra un gran potencial para abordar desafíos globales como las deficiencias de antimicrobianos y la contaminación de los océanos.
“Este enfoque destaca el papel fundamental del microbioma marino en la mejora del bienestar humano y la promoción de la sostenibilidad ambiental”.