Cuando se trata de ostras y su papel en la reducción de la contaminación por nutrientes, un nuevo estudio realizado por investigadores del Instituto de Ciencias Marinas de Virginia de William &Mary llega directo a las entrañas, y al caparazón, del asunto.

El estudio, en la edición del 29 de septiembre de Más uno , es el primero en identificar y cuantificar las bacterias potencialmente desnitrificantes en el intestino y el caparazón de la ostra, y el primero en hacerlo utilizando un nuevo programa informático que infiere actividades bacterianas basándose en las secuencias de genes de ARN ribosómico.

La desnitrificación es el proceso mediante el cual el nitrato y el nitrito, compuestos que alimentan la fertilización excesiva de las aguas costeras, se reducen a gas nitrógeno, que es inofensivo para los hábitats acuáticos. Exceso de nitrógeno de las plantas de tratamiento de aguas residuales, fertilizantes agrícolas, y otras fuentes humanas pueden conducir a zonas muertas con poco oxígeno, "reducción de las cosechas de pesca, y pérdida de hábitat de pastos marinos. La bahía de Chesapeake es uno de los muchos ecosistemas en todo el mundo que han sufrido estos impactos.

La autora principal del estudio es Ann Arfken, un doctorado estudiante en el laboratorio del profesor asociado de VIMS y coautor BK Song. Otros coautores son los Dres. Jeff Bowman de la Institución de Oceanografía Scripps y Michael Piehler de la Universidad de Carolina del Norte.

"La mayoría de los estudios que abordan la desnitrificación asociada con las ostras se han centrado en los sedimentos dentro y alrededor de los arrecifes de ostras, "dice Arfken." El nuestro es el primero en explorar la capacidad de desnitrificación de los microbiomas que viven dentro y sobre las ostras mismas ". Un" microbioma "es la comunidad de organismos microscópicos que habitan en todos y cada uno de los seres vivos, desde los ácaros que habitan entre tus pestañas hasta las bacterias alojadas entre las raíces del tomate.

Los resultados del estudio tienen importantes implicaciones para los esfuerzos por reducir los niveles de nutrientes en las aguas costeras mediante la restauración de las ostras. "Descubrimos que las conchas de ostras contienen comunidades microbianas únicas con actividades de desnitrificación más altas que los sedimentos, ", dice Song. Por lo tanto, es posible reducir los nutrientes al comienzo de un proyecto de restauración de ostras, ya que los microbiomas de la concha eliminan activamente el nitrógeno fijo".

Un desafío financiero y logístico

Investigaciones recientes muestran que los microbiomas juegan un papel clave en la fisiología y ecología de un organismo, pero, dice Song, "Explorar el vínculo entre la estructura genética y las funciones de un microbioma ha presentado un desafío durante mucho tiempo".

Ese desafío es tanto financiero como logístico. "Los estudios de la estructura genética completa de un organismo, su genoma, son muy costosos, y puede que no funcione para muestras en las que la contribución de los microbios es baja, "dice Song". Como resultado, muchos estudios se basan en la secuenciación de amplicones de genes de ARN ribosómico para identificar taxones microbianos. "Este enfoque es menos costoso, pero ofrece información limitada sobre las vías metabólicas asociadas con diferentes microbiomas, en este caso si poseen los genes necesarios para la desnitrificación.

Para abordar estos desafíos, el equipo empleó una nueva técnica desarrollada por Bowman. Llamado "PAPRICA", para la PREDICCIÓN DE LA VÍA DE LA PÁGINA mediante el emplazamiento filogenético, permite a los investigadores inferir vías metabólicas a partir de secuencias de genes asociadas con una pequeña subunidad del ribosoma llamada ARNr 16S.

"Combinamos una base de datos genómica personalizada con el programa PAPRICA para identificar bacterias portadoras de genes de desnitrificación entre los microbiomas asociados con las tripas de ostras". conchas y sedimentos de arrecifes, "dice Song. Explica:"Esto sería algo así como distinguir entre diferentes poblaciones humanas al comparar el número de dolencias estomacales con el gen necesario para digerir la leche".

Luego, el equipo de investigación midió las tasas de desnitrificación en cámaras que contienen ostras vivas, conchas de ostras, o sedimentos recolectados cerca de arrecifes de ostras, descubriendo tasas mucho más altas en las cámaras que contienen ostras y conchas vivas. Cuando compararon estas tasas con la abundancia de genes de desnitrificación en los tres microbiomas, vieron una fuerte correlación entre las altas tasas de desnitrificación y una secuencia genética llamada nosZI.

"Descubrimos que las bacterias portadoras de genes nosZI son desnitrificadores importantes, y facilitar la eliminación de nitrógeno en los arrecifes de ostras, "dice Arfken.

Los investigadores advierten, sin embargo, que se necesita más investigación. "Debemos tener cuidado al inferir la desnitrificación y otros procesos metabólicos de la presencia de un gen en un genoma bacteriano, ", dice Arfken." Estos procesos suelen ser extremadamente complejos, y requieren la expresión coordinada de varios genes diferentes. Es más, muchos organismos pueden portar un gen pero no expresarlo, "Un desafío final, ella dice, es que "muchas bacterias permanecen sin clasificar o tienen genomas identificados que están incompletos o de baja calidad".

Pero los investigadores siguen siendo optimistas. "Estamos entusiasmados de realizar más estudios para validar aún más el uso de inferencias metabólicas basadas en genes como un método confiable para evaluar el potencial metabólico de los microbiomas, "dice Song.