El ICM-CSIC participa en el desarrollo del catálogo de genes microbianos más completo del río Amazonas

El río Amazonas ejerce un rol fundamental en la degradación del carbono atmosférico que ha sido fijado por las plantas de la selva circundante, una parte del cual acaba en el ecosistema marino. Dada su importancia en el balance global de carbono, sorprende lo poco que se sabe acerca de los mecanismos involucrados en la degradación microbiana de la materia orgánica terrestre que va a parar a este río, pues este proceso genera una cantidad importante de CO₂ que acaba siendo liberado a la atmósfera.

Un nuevo estudio elaborado conjuntamente por el Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC) de Barcelona y la Universidad Federal de Sao Carlos (UFSCar) en Brasil ha analizado ahora la maquinaria metabólica de la microbiota del río Amazonas responsable de degradar la materia orgánica terrestre. Los autores del trabajo, publicado en la revista Microbiome, han procesado un conjunto de 106 metagenomas del río Amazonas que cubren más de 2.000 kilómetros de su curso e incluyen la zona de la costa y las regiones de la pluma que ingresa al océano Atlántico.

La investigación ha dado lugar al mayor Catálogo de Genes Microbianos no Redundantes de la Cuenca del Río Amazonas (AMnrGC, por sus siglas en inglés), que contiene aproximadamente 3,7 millones de genes, la mayoría pertenecientes a bacterias. Según los expertos, aproximadamente la mitad de los genes encontrados en el microbioma del río Amazonas (48%) no tienen una función conocida, lo que representa una novedad genética sustancial, y son diferentes de los que se hallan en otros grandes ríos tropicales que han sido estudiados.

“Nuestro objetivo era caracterizar el contenido génico del microbioma del río Amazonas y usar esta información para comprender cómo se procesa la materia orgánica terrestre en el río mientras fluye hacia el océano”, explica desde la UFSCar Célio Dias Santos-Júnior, el autor principal del estudio, quien asegura que estos hallazgos se pueden extrapolar a otros ambientes tropicales para comprender el destino del carbono orgánico fijado por las plantas terrestres.

“Esto es importante para las acciones de conservación, ya que conocer la microbiota del río es el primer paso para comprender si ésta puede estar en peligro por el cambio climático, así como para diseñar estrategias e informar a los responsables del diseño de las políticas de conservación”, subraya Santos-Júnior, que añade que “conocer el microbioma del río Amazonas nos permite comprender procesos universales como la degradación de la materia orgánica generada en tierra, explicando ello otros fenómenos importantes como lo es la desgasificación que se observa en este río”.

Tras procesar los datos genéticos, los autores se dieron cuenta de que los microbios del río Amazonas son capaces de degradar la materia orgánica terrestre en regiones con baja concentración de oxígeno, temperatura y carbono inorgánico disuelto, lo que concuerda con trabajos previos que defendían la existencia de un ’priming effect’, que se da cuando hay una degradación más rápida de los materiales recalcitrantes –difíciles de digerir por los microbios- en presencia de compuestos lábiles -sustancias fácilmente degradables-.

Otra de las conclusiones del estudio es que la forma en la que se degrada la materia orgánica derivada de las plantas es distinta a lo largo del curso del río, lo que permitió a los científicos identificar las principales familias de enzimas involucradas en este proceso en diferentes secciones del río. Estas enzimas se utilizaron para conocer las rutas a través de las cuales se degrada la materia orgánica y las especies microbianas que realizan estos procesos en el río Amazonas.

Investigaciones futuras

“Las investigaciones futuras se centrarán en el estudio de estas enzimas, ya que podrían tener propiedades útiles para industrias como la papelera”, apunta desde la UFSCar Flavio Henrique-Silva, uno de los coautores del estudio. El experto ha estado trabajando con enzimas que son específicas para la degradación de celulosa proveniente de los metagenomas del río Amazonas y, a su juicio, los resultados son prometedores, ya que muestran una mejor resistencia a la inhibición por parte de sus productos finales, lo que puede interesar a las industrias de biocombustibles de segunda generación.

El catálogo incluye también genes que podrían ser útiles para desarrollar tecnologías relacionadas con el reciclaje y para producir biocombustibles, productos antimicrobianos o anticancerígenos. Finalmente, el AMnrGC podría ayudar a entender cómo los microorganismos pueden tratar metales pesados, almacenar carbono o secuestrar iones, lo cual podría resultar útil para la biotecnología.

“Nuestro trabajo es un primer paso que allana el camino a investigaciones futuras más ambiciosas con el objetivo de entender la expresión de los genes del microbioma del río Amazonas involucrados en la degradación de la materia orgánica terrestre y la estructura de las proteínas correspondientes. Esto nos permitirá comprender mejor cómo parte del carbono orgánico sintetizado en la selva tropical por las plantas se transfiere a través de microbiomas acuáticos para finalmente ser liberado a la atmósfera en forma de CO₂”, concluye el investigador del ICM Ramiro Logares, que también ha participado en el trabajo.

Artículo de Referencia

Célio Dias Santos-Júnior, Hugo Sarmento, Fernando Pellon de Miranda, Flávio Henrique-Silva and Ramiro Logares. Uncovering the genomic potential of the Amazon River microbiome to degrade rainforest organic matter. 2020. Microbiome.