{"id":36930,"date":"2024-08-01T08:23:01","date_gmt":"2024-08-01T08:23:01","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ull.es\/portal\/hipotesis\/?p=36930"},"modified":"2024-11-28T12:56:47","modified_gmt":"2024-11-28T12:56:47","slug":"los-secretos-paisajes-microscopicos-del-mar-a-la-vista-la-metagenomica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ull.es\/portal\/hipotesis\/los-secretos-paisajes-microscopicos-del-mar-a-la-vista-la-metagenomica\/","title":{"rendered":"Los secretos paisajes microsc\u00f3picos del mar a la vista: la metagen\u00f3mica"},"content":{"rendered":"\t\t<div data-elementor-type=\"wp-post\" data-elementor-id=\"36930\" class=\"elementor elementor-36930\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<section class=\"elementor-section elementor-top-section elementor-element elementor-element-e5e108d elementor-section-boxed elementor-section-height-default elementor-section-height-default\" data-id=\"e5e108d\" data-element_type=\"section\">\n\t\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-container 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#e4cac8;padding: 2px 8px;font-size: 11px;overflow: hidden\">\u00a0<\/div><\/div><\/div><div>\u00a0<\/div><div style=\"margin-top: 20px;color: #3d3d3d;font-family: ArgentumSans, sans-serif\"><p><span style=\"font-weight: 400\">Est\u00e1s en la playa y aprieta el calor. Sin dudarlo, te sumerges en el agua cuasi-cristalina y disfrutas del frescor inmediato que invade tu cuerpo (ejem, m\u00e1s bien fr\u00edo en latitudes Canarias). Miras a trav\u00e9s del agua hacia el fondo y observas a un par de peces que pasean descuidados. Por lo dem\u00e1s todo est\u00e1 hoy muy tranquilo: solo rocas, arena y agua.\u00a0<\/span><\/p><p><span style=\"font-weight: 400\">Pero esto no es m\u00e1s que una ilusi\u00f3n. Si dispusieras de unas gafas especiales de visi\u00f3n microsc\u00f3pica, por ahora imaginarias, observar\u00edas que el agua a tu alrededor bulle de actividad. Tanta, que contar\u00edas m\u00e1s microbios en el agua contenida en la palma de tu mano que habitantes residentes en Espa\u00f1a. Y es que los oc\u00e9anos est\u00e1n repletos de muy diversos microorganismos: bacterias, arqueas, hongos y protistas, y tambi\u00e9n de muchos virus pero estos, t\u00e9cnicamente, no son organismos. De hecho, los microorganismos engloban la mayor parte de la biodiversidad de los oc\u00e9anos. La diversidad se refiere no solo a la gran variedad de especies (diversidad taxon\u00f3mica), sino tambi\u00e9n a las funciones que desempe\u00f1an (diversidad funcional).\u00a0<\/span><\/p><p><span style=\"font-weight: 400\">Los microorganismos marinos son capaces de sobrevivir en todo tipo de ambientes; desde las aguas superficiales, donde llega la luz y abunda el ox\u00edgeno, hasta el interior de fuentes hidrotermales, a varios kil\u00f3metros de profundidad y temperaturas superiores a los cien grados cent\u00edgrados. Adem\u00e1s, debido a su abundancia y su diversidad funcional, los microorganismos se sit\u00faan en la base de los ecosistemas, generando y reciclando los nutrientes necesarios para sustentar al resto de la vida marina.<\/span><\/p><h2><strong>\u00abNo s\u00f3lo son diminutos, sino que, adem\u00e1s, la mayor\u00eda de las veces no se pueden cultivar en el laboratorio\u00bb<\/strong><\/h2><p><span style=\"font-weight: 400\">Estudiar las comunidades de microorganismos marinos, especialmente qu\u00e9 grupos taxon\u00f3micos est\u00e1n representados y qu\u00e9 procesos biol\u00f3gicos llevan a cabo, es crucial para comprender el rol que desempe\u00f1an en sus ecosistemas. Pero no es f\u00e1cil observar los microorganismos marinos directamente. No s\u00f3lo son diminutos, sino que, adem\u00e1s, la mayor\u00eda de las veces no se pueden cultivar en el laboratorio \u2014 a diferencia de la mayor\u00eda de microbios pat\u00f3genos humanos. Esta \u00faltima limitaci\u00f3n hace que la \u00fanica forma de estudiar, o incluso descubrir, a estos microorganismos sea a trav\u00e9s de su ADN, puesto que s\u00ed podemos extraer y secuenciar el ADN procedente de muestras de agua. La disciplina que analiza el ADN procedente de comunidades de microorganismos se conoce como <\/span><i><span style=\"font-weight: 400\">metagen\u00f3mica, <\/span><\/i><span style=\"font-weight: 400\">y en este art\u00edculo te propongo una paseo introductorio sobre esta apasionante disciplina.<\/span><\/p><p><span style=\"font-weight: 400\">La metagen\u00f3mica analiza los genomas (el ADN) combinados de los m\u00faltiples microorganismos que encontrados en una muestra para tratar de responder, principalmente, a las dos preguntas que nos planteamos al principio: qu\u00e9 taxones \u2014 tipos de organismos \u2014 est\u00e1n presentes en la muestra y qu\u00e9 genes contienen los genomas de estos taxones, que es otra forma de conocer las funciones que pueden llevar a cabo. Pero \u00bfc\u00f3mo podemos extraer esa informaci\u00f3n de las muestras tomadas en los distintos ambientes marinos? Una vez obtenidas, las muestras de agua son procesadas para extraer y purificar el ADN microbiano. En este punto se enriquecen en un tipo celular concreto, que pueden ser de c\u00e9lulas sin n\u00facleo (procariota) o con n\u00facleo (eucariota) por medio de filtros de diferentes tama\u00f1os de poro (las c\u00e9lulas procariotas son entre cien y mil veces m\u00e1s peque\u00f1as que las eucariotas). A continuaci\u00f3n, el ADN es secuenciado (se determina el orden en el que se encuentran las mol\u00e9culas b\u00e1sicas constitutivas: adenina, guanina, citosina y timina), tras lo cual comienza la etapa de an\u00e1lisis <\/span><i><span style=\"font-weight: 400\">in silico, <\/span><\/i><span style=\"font-weight: 400\">es decir, bioinform\u00e1tico. Esta fase nos permite determinar la taxonom\u00eda y asignar una funci\u00f3n a las secuencias obtenidas.\u00a0<\/span><\/p><p><span style=\"font-weight: 400\">En un mundo ideal nos encontrar\u00edamos con que los genomas secuenciados estar\u00edan completos, las secuencias ordenadas y separadas para cada tax\u00f3n presente en la muestra. Sin embargo, en la pr\u00e1ctica, los productos de secuenciaci\u00f3n son como piezas de un gran rompecabezas: secuencias de fragmentos cortos (rara vez genes completos) de los diferentes genomas presentes en la muestra, todas mezcladas en un mismo archivo. Se trata por tanto de resolver este rompecabezas. Para eso nos servimos de los recursos de la bioinform\u00e1tica, que pone a nuestra disposici\u00f3n un repertorio de herramientas \u00fatiles. Estas van desde las \u201cbaratas\u201d a efectos computacionales, con un poder de resoluci\u00f3n limitado y con mucho margen de incertidumbre, hasta las m\u00e1s precisas y exigentes, y por tanto m\u00e1s \u201ccaras\u201d, que requieren mucha potencia de computaci\u00f3n, pero que ofrecen resultados m\u00e1s certeros. Dependiendo de nuestro objetivo cient\u00edfico y de los recursos computacionales a los que tengamos acceso, elegiremos unas u otras.<\/span><\/p><p><span style=\"font-weight: 400\">En algunos casos basta con clasificar directamente las secuencias cortas, producto de la secuenciaci\u00f3n. Para ello, utilizamos algoritmos de b\u00fasqueda por homolog\u00eda\u00a0 (similitud) de secuencia contra bases de datos de secuencias con taxonom\u00eda y funci\u00f3n conocida. Aunque computacionalmente menos exigente, este m\u00e9todo est\u00e1 sujeto a un mayor porcentaje de error, ya que cuanto m\u00e1s cortas sean las secuencias, m\u00e1s incertidumbre tenemos a la hora de asignar un origen taxon\u00f3mico y una funci\u00f3n. Para mejorar esta limitaci\u00f3n, las secuencias se ensamblan en fragmentos m\u00e1s largos llamados <\/span><i><span style=\"font-weight: 400\">contigs. <\/span><\/i><span style=\"font-weight: 400\">Durante el e<\/span><i><span style=\"font-weight: 400\">nsamblaje<\/span><\/i><span style=\"font-weight: 400\">, los algoritmos comparan los extremos de los millones de secuencias cortas que contiene una muestra metagen\u00f3mica t\u00edpica y juntan los fragmentos que se solapan, algo as\u00ed como armar las piezas de un rompecabezas. Esto es posible gracias a que la secuenciaci\u00f3n produce m\u00faltiples fragmentos solapados de secuencias que representan a una misma regi\u00f3n del ADN original.<\/span> <span style=\"font-weight: 400\">El ensamblaje es computacionalmente muy caro y, normalmente, s\u00f3lo es posible realizarlo en grandes sistemas (cl\u00fasteres) de computaci\u00f3n. No obstante, este esfuerzo merece la pena, al brindarnos dos grandes ventajas. Por una parte, y como comentamos antes, las secuencias largas reducen la incertidumbre a la hora de asignar taxonom\u00eda y funci\u00f3n. Por otra parte, los contigs nos permiten aprovechar la informaci\u00f3n que nos proporciona la <\/span><i><span style=\"font-weight: 400\">sinten\u00eda (<\/span><\/i><span style=\"font-weight: 400\">el entorno gen\u00e9tico que rodea a una regi\u00f3n de inter\u00e9s) para afinar a\u00fan m\u00e1s la clasificaci\u00f3n taxon\u00f3mica y funcional de una secuencia.<\/span><\/p><p><span style=\"font-weight: 400\">Tras el ensamblaje, de nuevo podemos elegir anotar los contigs taxon\u00f3mica y funcionalmente directamente, a trav\u00e9s de b\u00fasquedas por homolog\u00eda de secuencia en bases de datos con secuencias anotadas. Sin embargo, los contigs t\u00edpicamente representan una fracci\u00f3n peque\u00f1a de los genomas originales en la muestra y, en muchas aplicaciones, nos interesa reconstruir estos genomas lo mejor posible. Para ello, necesitamos a\u00f1adir un paso bioinform\u00e1tico m\u00e1s, el denominado\u00a0 <\/span><i><span style=\"font-weight: 400\">binning, <\/span><\/i><span style=\"font-weight: 400\">mediante el cual agrupamos contigs en conjuntos que representan a un genoma en concreto. Para este agrupamiento nos podemos basar en b\u00fasquedas por homolog\u00eda de secuencia, o tambi\u00e9n en m\u00e9todos independientes de homolog\u00eda, como aquellos que agrupan contigs bas\u00e1ndose en determinadas caracter\u00edsticas estructurales del ADN que son espec\u00edficas de un genoma en concreto, como la proporci\u00f3n de guanina y citosina, o la distribuci\u00f3n de peque\u00f1os fragmentos de secuencia llamados tetr\u00e1meros. Tras el binning obtenemos unas \u201cpropuestas\u201d de genoma individual que conocemos como MAGs, de <\/span><i><span style=\"font-weight: 400\">Metagenome Assembled Genome<\/span><\/i><span style=\"font-weight: 400\">, los cuales finalmente podemos anotar taxon\u00f3mica y funcionalmente. Dependiendo de la calidad de los datos, podemos resolver m\u00e1s o menos la taxonom\u00eda, a veces podemos llegar incluso a nivel de especie, en otras ocasiones s\u00f3lo a niveles taxon\u00f3micos superiores, como el de familia. Los MAGs son nuestra mejor aproximaci\u00f3n a los genomas originales de los microorganismos presentes en las comunidades muestreadas y, si bien no son perfectos (suelen estar incompletos y pueden contener errores en las anotaciones funcionales y taxon\u00f3micas), lo cierto es que nos han permitido expandir enormemente el conocimiento que tenemos de la microbiolog\u00eda de los oc\u00e9anos, as\u00ed como de los procesos ecol\u00f3gicos que ocurren en ellos y que son de importancia vital para la biosfera.\u00a0<\/span><\/p><p><span style=\"font-weight: 400\">Se estima que los MAGs han expandido en m\u00e1s de un 44% la diversidad microbiana conocida. De hecho, grupos taxon\u00f3micos enteros han sido descubiertos a trav\u00e9s de la metagen\u00f3mica y los MAGs. Es el caso del organismo m\u00e1s abundante del planeta Tierra, la min\u00fascula bacteria <\/span><i><span style=\"font-weight: 400\">Pelagibacter ubique<\/span><\/i><span style=\"font-weight: 400\">, presente en todos los oc\u00e9anos del planeta, desde la superficie hasta los 200 metros de profundidad. Pero quiz\u00e1s es m\u00e1s llamativo a\u00fan el descubrimiento de los ancestros procariotas m\u00e1s cercanos a nosotros, hallazgo realizado con estas t\u00e9cnicas metagen\u00f3micas: las arqueas de Asgard. Se trata de un grupo filogen\u00e9tico que se conoce \u00fanicamente a trav\u00e9s de su material gen\u00e9tico y que contiene cuatro grupos de arqueas con nombres n\u00f3rdicos: <\/span><i><span style=\"font-weight: 400\">Lokiarchaeota, Thorarchaeota, Odinarchaeota y Heimdallarchaeota. <\/span><\/i><span style=\"font-weight: 400\">Sus nombres les vienen del sitio donde se aisl\u00f3 por primera vez el ADN del primer representante, el Castillo de Loki (ese carism\u00e1tico Dios n\u00f3rdico que aparece en la saga de pel\u00edculas de Thor), una fuente hidrotermal situada en el fondo del atl\u00e1ntico norte, a 2300 metros de profundidad.<\/span><\/p><p><span style=\"font-weight: 400\">Hemos visto que la metagen\u00f3mica y las t\u00e9cnicas bioinform\u00e1ticas que la acompa\u00f1an nos ha permitido avanzar mucho en el conocimiento que tenemos de la microbiolog\u00eda de los oc\u00e9anos. El desarrollo de nuevas t\u00e9cnicas de secuenciaci\u00f3n y de algoritmos bioinform\u00e1ticos constituye un campo de investigaci\u00f3n muy activo; que est\u00e1 permitiendo abaratar costes y generar MAGs cada vez m\u00e1s completos, lo que augura un futuro brillante para la metagen\u00f3mica.\u00a0<\/span><\/p><p><span style=\"font-weight: 400\">As\u00ed que ya sabes: la pr\u00f3xima vez que vayas a la playa no te creas lo que veas a simple vista. Tras esas aguas l\u00edmpidas se esconde un universo microsc\u00f3pico apasionante, repleto de organismos de lo m\u00e1s variopintos y que la metagen\u00f3mica nos permite desvelar.<\/span><\/p><p>AUTOR <b>Semid\u00e1n Robaina<\/b><\/p><p>ILUSTRACI\u00d3N <strong>CARLA GARRIDO<\/strong><\/p><\/div><hr style=\"margin-top: 27px;margin-bottom: 27px;color: #3d3d3d;font-family: ArgentumSans, sans-serif;background-color: #ffffff\" \/><p style=\"font-family: ArgentumSans, sans-serif\"><strong><span style=\"color: #2c284d\">Archivado en<\/span>: <\/strong><a href=\"https:\/\/www.ull.es\/portal\/hipotesis\/revista-hipotesis\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">Revista Hip\u00f3tesis<\/a><br \/><strong><span style=\"color: #2c284d\">Etiquetas: <\/span><\/strong><span style=\"color: #2c284d\"><a href=\"https:\/\/www.ull.es\/portal\/hipotesis\/numero-12\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">N\u00famero <\/a>12, <a href=\"https:\/\/www.ull.es\/portal\/hipotesis\/articulo\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">Art\u00edculo<\/a>, \u00a0<a href=\"https:\/\/www.ull.es\/portal\/hipotesis\/universidad-de-la-laguna\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">Universidad de La Laguna<\/a><\/span><\/p>\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-column elementor-col-33 elementor-top-column elementor-element elementor-element-129ffdf\" data-id=\"129ffdf\" data-element_type=\"column\">\n\t\t\t<div class=\"elementor-widget-wrap elementor-element-populated\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-66f20f1 elementor-widget elementor-widget-testimonial\" data-id=\"66f20f1\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"testimonial.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t<style>\/*! elementor - v3.9.2 - 21-12-2022 *\/\n.elementor-testimonial-wrapper{overflow:hidden;text-align:center}.elementor-testimonial-wrapper 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Aunque siempre se les ha llamado camellos, los dromedarios tienen una \u00fanica joroba, mientras que los camellos poseen dos. Estos dromedarios se adaptaron a tierras canarias adquiriendo un aspecto m\u00e1s compacto, con las patas m\u00e1s cortas y el pecho m\u00e1s ancho, diferenci\u00e1ndose de sus parientes africanos, llamados moros, m\u00e1s ligeros y con  las patas m\u00e1s largas. 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