Més de 68% dels genomes bacterians i més del 58% dels genomes d’arqueus obtinguts pertanyen a espècies encara no descrites. La troballa es recull en un estudi liderat per investigadors de l’ICM-CSIC que, a més, ha demostrat la versatilitat metabòlica del microbioma de les profunditats oceàniques mitjançant l’anàlisi de metagenomes recollits a 4000 metres de profunditat. El coneixement d’aquestes espècies microbianes de l’oceà profund és primordial, ja que juguen un paper clau en els cicles biogeoquímics a escala planetària.

Gran part de la vida oceànica viu allunyada de la llum solar, la principal font d’energia del planeta. Estem parlant de microorganismes que habiten entre els 1.000 i els 4.000 m de profunditat i que, a més de a la falta de llum, s’han d’adaptar a les característiques úniques d’alta pressió i baixa temperatura d’aquest ecosistema. Malgrat que juguen un paper fonamental en els cicles biogeoquímics de la planeta, gran part d’aquestes espècies microbianes no han estat encara caracteritzades.

Ara, un nou estudi liderat per investigadors de l’Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC) ha caracteritzat centenars de nous genomes microbians i ha revelat la gran versatilitat metabòlica del microbioma de les profunditats oceàniques mitjançant l’anàlisi de metagenomes recollits a 4.000 metres durant l’Expedició Malaspina de l’any 2010, l’objectiu de la qual era estudiar els microorganismes de gran profunditat de les latituds tropicals i subtropicals dels principals oceans de la Terra.

Fins ara, s’havia suposat que aquests microorganismes, la majoria bacteris i arqueus, eren principalment heteròtrofs, i que depenien de la matèria orgànica exportada des de la capa il·luminada pel sol a través de partícules que s’enfonsen (grànuls fecals de zooplàncton, agregats de fitoplàncton, etc.). No obstant això, la producció de molècules orgàniques complexes a partir del CO en absència de llum (quimiolitoautotrofia) també s’havia considerat com una possible estratègia que sustenta l’elevada activitat respiratòria observada en l’oceà més profund i fosc.

En canvi, el treball publicat ara suggereix que l’estratègia mixta, és a dir, la mixotrofia, que es refereix a la capacitat d’utilitzar diferents fonts d’energia i carboni per a funcionar com autòtrof o heteròtrof, és comú entre els bacteris i arqueus.

“Gràcies a l’anàlisi de 58 metagenomes microbians de l’oceà batipelágic (majoritàriament de 4000 m de profunditat), hem pogut construir la ‘Malaspina Gene DataBase’, que inclou més de 600.000 gens que són únics d’aquestes comunitats microbianes i que no s’havien observat abans”, explica la investigadora de l’ICM i autora principal de l’estudi Silvia G. Acinas, que afegeix que “el 63% d’aquests gens no es poden associar a cap funció coneguda i segurament seran importants per al funcionament de l’ecosistema de l’oceà profund”.

“Amb aquests metagenomes hem reconstruït 317 genomes microbians de l’oceà profund que inclouen una notable novetat taxonòmica, amb més del 68% dels genomes bacterians i més del 58% dels genomes d’arqueus pertanyents a espècies encara no descrites”, destaca Pablo Sánchez, un altre dels investigadors de l’ICM que ha participat en l’estudi. Segons ell, “aquests recursos són únics perquè la comunitat científica pugui comprovar altres hipòtesis sobre el funcionament de l’oceà profund”.

L’estudi, publicat a la revista especialitzada Communications Biology, també revela nous genomes de procariotes quimiolitoautòtrofs i mixòtrofs, així com de bacteris diazotròfics, és a dir, microbis capaços de fixar el nitrogen, però que no són cianobacteris. Curiosament, alguns d’aquests genomes fixadors de nitrogen tenen alhora el potencial genètic per a l’autotrofia, i aquesta estratègia no s’havia observat abans a l’oceà profund.

En aquest sentit, el també investigador de l’ICM i coordinador de la part de microbiologia de Malaspina, Josep M. Gasol, assenyala que “curiosament, les comunitats microbianes que viuen lliurement a la columna d’aigua (els microbis de vida lliure) són metabòlicament diferents de les que estan majoritàriament associades a les partícules (microbis adherits a les partícules) en aquest ecosistema inexplorat, independentment del seu biogeografia”.

Aquest estudi és fruit d’un esforç conjunt liderat per l’ICM en el que també han participat investigadors de diferents institucions nacionals (ULL, IEO, CNB) i internacionals (CNRS, ETH, Aix Marseille University, ULB-VUB, Kyoto University, The Ohio State University i KAUST, entre d’altres).

Article de referència

Acinas, S. G., Sánchez, P., Salazar, G., Cornejo-Castillo, F. M., Sebastián, M., Logares, R., … & Gasol, J. M. (2021). Deep ocean metagenomes provide insight into the metabolic architecture of bathypelagic microbial communities. Communications Biology, 4(1), 1-15.

Elena Martínez Batalla / Comunicació ICM-CSIC

malaspina