Más del 68% de los genomas bacterianos y más del 58% de los genomas de arqueas obtenidos pertenecen a especies aún no descritas. El hallazgo se recoge en un estudio liderado por investigadores del ICM-CSIC que, además, ha demostrado la versatilidad metabólica del microbioma de las profundidades oceánicas mediante el análisis de metagenomas recogidos a 4000 metros de profundidad. El conocimiento de estas especies microbianas del océano profundo es primordial, ya que juegan un papel clave en los ciclos biogeoquímicos a escala planetaria.

Gran parte de la vida oceánica vive alejada de la luz solar, la principal fuente de energía del planeta. Estamos hablando de microorganismos que habitan entre los 1.000 y los 4.000 m de profundidad y que, además de a la falta de luz, tienen que adaptarse a las características únicas de alta presión y baja temperatura de este ecosistema. Pese a que juegan un papel fundamental en los ciclos biogeoquímicos del planeta, gran parte de estas especies microbianas no han sido aún caracterizadas.

Ahora, un nuevo estudio liderado por investigadores del Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC) ha caracterizado centenares de nuevos genomas microbianos y ha desvelado la gran versatilidad metabólica del microbioma de las profundidades oceánicas mediante el análisis de metagenomas recogidos a 4.000 metros durante la Expedición Malaspina del año 2010, cuyo objetivo era estudiar los microorganismos de gran profundidad de las latitudes tropicales y subtropicales de los principales océanos de la Tierra.

Hasta ahora, se había supuesto que estos microorganismos, la mayoría bacterias y arqueas, eran principalmente heterótrofos, y que dependían de la materia orgánica exportada desde la capa iluminada por el sol a través de partículas que se hunden (gránulos fecales de zooplancton, agregados de fitoplancton, etc). No obstante, la producción de moléculas orgánicas complejas a partir del CO₂ en ausencia de luz (quimiolitoautotrofía) también se había considerado como una posible estrategia que sustenta la elevada actividad respiratoria observada en el océano más profundo y oscuro.

En cambio, el trabajo publicado ahora sugiere que la estrategia mixta, es decir, la mixotrofía, que se refiere a la capacidad de utilizar diferentes fuentes de energía y carbono para funcionar como autótrofo o heterótrofo, es común entre las bacterias y arqueas.

«Gracias al análisis de 58 metagenomas microbianos del océano batipelágico (en su mayoría de 4000 m de profundidad), hemos podido construir la Malaspina Gene DataBase, que incluye más de 600.000 genes que son únicos de estas comunidades microbianas y que no se habían observado antes», explica la investigadora del ICM y autora principal del estudio Silvia G. Acinas, que añade que «el 63% de estos genes no se pueden asociar a ninguna función conocida y seguramente serán importantes para el funcionamiento del ecosistema del océano profundo».

«Con estos metagenomas hemos reconstruido 317 genomas microbianos del océano profundo que incluyen una notable novedad taxonómica, con más del 68% de los genomas bacterianos y más del 58% de los genomas de arqueas pertenecientes a especies aún no descritas», destaca Pablo Sánchez, otro de los investigadores del ICM que ha participado en el estudio. A su juicio, «estos recursos son únicos para que la comunidad científica pueda comprobar otras hipótesis sobre el funcionamiento del océano profundo».

El estudio, publicado en la revista especializada Communications Biology, también revela nuevos genomas de procariotas quimiolitoautótrofos y mixótrofos, así como de bacterias diazotróficas, es decir, microbios capaces de fijar el nitrógeno pero que no son cianobacterias. Curiosamente, algunos de estos genomas fijadores de nitrógeno tienen a la vez el potencial genético para la autotrofía, y esta estrategia no se había reportado antes en el océano profundo.

En este sentido, el también investigador del ICM y coordinador de la parte de microbiología de Malaspina, Josep M. Gasol, señala que «curiosamente, las comunidades microbianas que viven libremente en la columna de agua (los microbios de vida libre) son metabólicamente diferentes de las que están mayoritariamente asociadas a las partículas (microbios adheridos a las partículas) en este ecosistema inexplorado, independientemente de su biogeografía».

Este estudio es un esfuerzo conjunto liderado por el ICM en el que también han participado investigadores de diferentes instituciones nacionales (ULL, IEO, CNB) e internacionales (CNRS, ETH, Aix Marseille University, ULB-VUB , Kyoto University, The Ohio State University y KAUST, entre otras).

Artículo de referencia

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 / Comunicación ICM-CSIC

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