Un equipo de científicos del Bigelow Laboratory for Ocean Sciences ha desarrollado un método innovador que permite vincular la actividad de microbios individuales con su código genético único, marcando un hito en la investigación de sedimentos marinos. Este avance ha sido publicado recientemente en The ISME Journal.
La técnica combina la genómica de células individuales y la citometría de flujo para cuantificar las tasas de respiración de diferentes taxones en sedimentos de bajo oxígeno en la costa de Maine. Los resultados revelan que estas comunidades microbianas diversas prosperan en un entorno sometido a cambios rápidos de temperatura, mareas y otros factores disruptivos.
Un enfoque revolucionario en la investigación microbiana
Según Melody Lindsay, científica del Bigelow Laboratory y líder del estudio, «los sedimentos marinos son ecosistemas importantes para el ciclo químico activo, y algunas de las comunidades microbianas más diversas del planeta se encuentran allí». Este contexto hace que el desarrollo de su método para iluminar la actividad microbiana a través de tasas de respiración a nivel celular sea un paso natural y fascinante.
Los sedimentos costeros poco profundos juegan un papel crucial en el control del flujo de energía y nutrientes desde la tierra hacia el océano. Dado que el oxígeno solo penetra unos pocos milímetros debajo de la superficie, los microbios que habitan en este entorno a menudo dependen de procesos químicos distintos a la respiración de oxígeno para sobrevivir. Sin embargo, las perturbaciones como la sedimentación y la actividad de animales excavadores introducen regularmente oxígeno y materia orgánica en el subsuelo, lo que motiva al equipo a investigar el impacto de esta mezcla y disruptiva física.
David Emerson, coautor del estudio, destaca que «la abundancia y diversidad de microbios en sedimentos oceánicos es mucho mayor que en la columna de agua superior, pero sabemos mucho menos sobre sus funciones y actividades reales». Este nuevo método proporciona una herramienta poderosa para obtener conocimientos sobre un vasto y poco explorado entorno marino.
La técnica, desarrollada con un financiamiento de seis millones de dólares de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., se aplicó por primera vez en la superficie del océano en 2022, y el año pasado se probó con muestras de un acuífero en el Valle de la Muerte, demostrando su aplicabilidad en entornos de baja biomasa y con oxígeno limitado.
Para el estudio actual, el equipo utilizó citometría de flujo, tiñendo células con un compuesto llamado RedoxSensor Green. La intensidad con la que estas células tiñen bajo un láser correlaciona con la tasa de respiración de las mismas. Posteriormente, el ADN de cada célula fue secuenciado para comprender la relación entre su tasa de actividad y su potencial genómico, permitiendo así obtener una instantánea de la biodiversidad microbiana y determinar qué especies son las más abundantes y activas.
El director del Centro de Genómica de Células Individuales, Ramunas Stepanauaskas, subraya la importancia de esta tecnología: «Es emocionante que esta tecnología única nos permita arrojar luz sobre estos importantes procesos ecológicos y la increíble diversidad biológica en un entorno que es tan abundante como inexplorado».
El equipo también ha comenzado a investigar cómo los microbios pueden adaptarse a las perturbaciones, añadiendo diferentes cantidades de oxígeno y laminarina, un carbohidrato abundante producido por algas pardas y algunos fitoplancton. Este enfoque permite determinar los efectos de, por ejemplo, un gusano que excava en el sedimento, introduciendo oxígeno, o la degradación de algas en el fondo de un barro.
Los hallazgos indican que los reductores de sulfato del filo Chloroflexota son las células más activas en los sedimentos, aunque no las más abundantes. Además, se observó que la adición de pequeñas concentraciones de oxígeno y laminarina estimuló la respiración. Según Lindsay, «la flexibilidad genética» de estas células puede explicar su predominancia, sugiriendo que la comunidad microbiana en este entorno caprichoso es más resiliente de lo que se pensaba inicialmente.
Los investigadores están ampliando su comprensión de los sedimentos costeros de Maine, utilizando financiamiento de «kickstarter» del laboratorio para examinar muestras más profundas del mismo sitio de estudio, con el objetivo de observar cómo cambia la comunidad microbiana con la profundidad. Al mismo tiempo, continúan refinando el método para aplicarlo en entornos más extremos, incluyendo sedimentos recogidos a más de un kilómetro de profundidad en la dorsal Mesoatlántica, un área que alberga una cantidad de células significativamente menor.
El enfoque de células individuales permite a los científicos dirigirse a entornos de baja biomasa, donde es casi imposible realizar mediciones de otra manera. Lindsay expresa su deseo de llevar un citómetro de flujo en misiones como la del módulo de aterrizaje de la NASA en Europa, para utilizar esta técnica en la detección de posibles actividades metabólicas en otros mundos.
