Los microbios y el árbol de la vida

Gran parte de esta diversidad microbiana se ha mantenido oculta hasta que la revolución del genoma ha permitido a investigadores como Banfield buscar directamente sus genomas en el medio ambiente, en lugar de tratar de cultivarlos en un plato de laboratorio

Investigadores de Berkeley han descubierto más de mil nuevos tipos de bacterias en los últimos 15 años, reorganizando drásticamente el árbol de la vida para tener en cuenta estas nuevas formas de vida.

«El árbol de la vida es uno de los principios organizativos más importantes en la biología», dice Jill Banfield, profesora de Ciencias de la Tierra, Planetarias y Política, Gestión y Medio Ambiente de la Universidad de Berkeley. «La nueva representación será de utilidad no sólo para los biólogos que estudian la ecología microbiana, sino también los bioquímicos en busca de nuevos genes y los investigadores que estudian la evolución y la historia de la tierra», añade.

Gran parte de esta diversidad microbiana se ha mantenido oculta hasta que la revolución del genoma ha permitido a investigadores como Banfield buscar directamente sus genomas en el medio ambiente, en lugar de tratar de cultivarlos en un plato de laboratorio. Muchos de los microbios no pueden ser aislados y cultivados porque no pueden vivir por su cuenta: tienen que mendigar, pedir prestado o robar cosas de otros animales o microbios, como parásitos, organismos simbióticos o carroñeros.

El nuevo árbol, que se publica este lunes en la revista ‘Nature Microbiology’, refuerza una vez más que la vida que vemos a nuestro alrededor –plantas, animales, seres humanos y otros llamados eucariotas– representa un pequeño porcentaje de la biodiversidad del mundo.

«Las bacterias y arqueas de los principales linajes que carecen por completo de representantes aislados constituyen la mayor parte de la diversidad de la vida», subraya Banfield. «Éste es el primer árbol a basado en el genoma de los tres dominios que incorpora estos organismos no cultivables y revela el amplio alcance de los linajes aún poco conocidos«, agrega.

Según la primera autora, Laura Hug, exestudiante postdoctoral de la UC Berkeley, que ahora está en la Facultad de Biología de la Universidad de Waterloo en Ontario, Canadá, los más de mil organismos recientemente detectados que aparecen en el árbol revisado son de una variedad de entornos, incluyendo una fuente termal en el Parque Nacional de Yellowstone, Estados Unidos; una salina en el desierto de Atacama, sedimentos terrestres y humedales de Chile, un géiser de agua con gas, el suelo de prado y el interior de la boca de un delfín. Todos estos organismos recientemente reconocidos son conocidos sólo por sus genomas.

«Lo que se hizo muy evidente en el árbol es que gran parte de la diversidad proviene de los linajes de los que en realidad sólo tenemos secuencias del genoma -destaca–. No tenemos acceso a ellos en el laboratorio, sólo tenemos sus modelos y su potencial metabólico por sus secuencias del genoma. Esto está aclarando sobre la forma en que pensamos acerca de la diversidad de la vida en la Tierra y lo que pensamos que sabemos acerca de la microbiología».

Un aspecto sorprendente del nuevo árbol de la vida es que un grupo de bacterias descrito como «filos candidatos de radiación» forma una rama muy importante. Sólo recientemente reconocido y aparentemente compuesto únicamente por bacterias con estilos de vida simbióticos, este filo parece contener alrededor de la mitad de toda la diversidad evolutiva de bacterias. Aunque la relación entre arqueas y eucariotas sigue siendo incierta, está claro que «esta nueva prestación del árbol ofrece una nueva perspectiva sobre la historia de la vida», dice Banfield.

«Esta increíble diversidad significa que hay un número abrumador de organismos que estamos comenzando a explorar cuyo funcionamiento interno podría cambiar nuestra comprensión de la biología», subraya el co-autor Brett Baker, exintegrante del laboratorio de Banfield de la Universidad de Berkeley, y ahora en el Instituto de Ciencias Marinas en la Universidad de Texas, Austin, Estados Unidos.

1837: DARWIN DIBUJA EL PRIMER ÁRBOL DE LA VIDA

Charles Darwin esbozó un primer árbol de la vida en 1837, mientras buscaba maneras de mostrar cómo las plantas, los animales y las bacterias están relacionados entre sí. La idea echó raíces en el siglo XIX, con la punta de las ramas que representan la vida en la Tierra hoy en día, mientras que las ramas que las unen al tronco implicaban relaciones evolutivas entre estas criaturas. Una rama que se divide en dos ramas cerca de la punta del árbol implica que estos organismos tienen un ancestro común reciente, mientras que una rama que se bifurcan cerca del tronco implica una división evolutiva en el pasado distante.

En 1977, se añadieron las arqueas después del trabajo que demostró que son claramente diferentes de las bacterias, a pesar de que son como las bacterias unicelulares. Un árbol publicado en 1990 por el microbiólogo Carl Woese fue en «una transformación de la visualización del árbol», según Banfield. Con sus tres dominios, sigue siendo el más reconocible hoy en día.

Con la creciente facilidad de secuenciación de ADN en la década de 2000, Banfield y otros comenzaron a secuenciar comunidades enteras de organismos a la vez y elegir los grupos individuales en función de sus genes por sí solos. Esta secuenciación metagenómica reveló nuevos grupos enteros de bacterias y arqueas, muchos de ellos procedentes de ambientes extremos, como charcos tóxicos en minas abandonadas, suciedad debajo de sitios de desechos tóxicos y el intestino humano.

Algunos de ellos habían sido detectados antes, pero no se sabía nada de ellos porque no sobrevivirían cuando se aislaban en un plato de laboratorio. Para el nuevo trabajo, Banfield y Hug se asociaron con más de una docena de otros científicos que han secuenciado nuevas especies microbianas, reuniendo 1.011 genomas previamente no publicados para agregar a los genomas ya conocidos de organismos que representan a las principales familias de la vida en la Tierra.

Esta experta y su equipo construyeron un árbol basado en 16 genes diferentes que codifican las proteínas en la máquina celular llamadas ribosoma, que traduce ARN en proteínas. Se incluyeron un total de 3.083 organismos, uno de cada género para los que se dispone de genomas totalmente o casi totalmente secuenciados.

El análisis, que representa la diversidad total entre todos los genomas secuenciados, produjo un árbol con ramas dominadas por bacterias, especialmente por bacterias no cultivables. Un segundo punto de vista es los tres organismos agrupados en el árbol por su distancia evolutiva entre sí en lugar de las definiciones taxonómicas actuales, dejando claro que alrededor de un tercio de toda la biodiversidad proviene de las bacterias, un tercio de las bacterias no cultivables y un poco menos de un tercio de arqueas y eucariotas.

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