Metagenómica Revelación de comunidades microbianas
Los microorganismos juegan un papel esencial en la vida sobre la Tierra. Ellos facilitan de formas muy variadas nuestra vida. Gracias a ellos se pueden llevar a cabo los ciclos del carbono, del nitrógeno y del azufre, entre otros.
Durante años, los seres humanos nos hemos aprovechado de sus capacidades metabólicas para producir alimentos, antibióticos y recuperar ambientes contaminados. Las interacciones de los microorganismos con su entorno y con otros seres vivos han sido el objeto de innumerables investigaciones, no solamente con el fin de entenderlas sino también de revelar el potencial biotecnológico que se esconde tras ellas.
La metagenómica es una estrategia entre muchas para estudiar los microorganismos. El término metagenómica hace referencia al estudio de genomas de una comunidad microbiana. Meta viene del griego ‘más allá de’ entendiéndolo como ir más allá del genoma, y así es, ya que permite analizar la estructura y función en conjunto de un gran número de genes presentes en un ambiente determinado. Tradicionalmente el estudio de los microorganismos presentes en un nicho se ha realizado haciendo uso de las técnicas tradicionales de microbiología y su caracterización en el ámbito genético se ha efectuado mediante técnicas de clonación y secuenciación. De esta forma, el estudio de la diversidad microbiana se había restringido a aquellos microorganismos cultivables y se habían excluido aquellos que no eran fácilmente cultivables en laboratorio, y por lo tanto el estudio de las comunidades microbianas en su ambiente natural no había sido posible. Sin embargo, en los últimos años se tomó conciencia de esta enorme falla y se comenzaron a adoptar estrategias que permitieran abordar las comunidades microbianas como un todo y no de forma individualizada como se estaba llevando a cabo.
Los primeros estudios realizados en comunidades microbianas se concentraron en el empleo de la secuencia ribosomal 16S del ARN ribosomal de bacterias para distinguir una especie de otra . Aunque fue muy útil para identificar grandes comunidades bacterianas, se tenía el inconveniente de obtener secuencias que no correspondían con ninguna especie cultivada reportada, lo que indicó que mediante esta técnica no se lograba identificar todos los organismos presentes en determinado nicho. Posteriormente, se utilizó la extracción de ADN directamente de la muestra ambiental y la subsiguiente amplificación de la región de 16S. En el caso de los hongos también se emplearon los genes ribosomales y en especial las regiones espaciadoras internas transcritas (ITS), para caracterizar las comunidades asociadas a diferentes ambientes y en particular al suelo. Sin embargo estas primeras aproximaciones tenían la desventaja de que también se requería de un paso de clonación para poder llevar a cabo la secuenciación de las regiones nucleares amplificadas.
El objetivo de la metagenómica es hacer uso de las técnicas modernas de secuenciación para el estudio de microorganismos directamente en su ambiente natural sin la necesidad de pasar por técnicas de aislamiento y cultivo en laboratorio. La aproximación consiste en emplear marcadores que permitan determinar la diversidad de microorganismos y genes presentes en una muestra ambiental. Hoy en día con la combinación de dos tecnologías de secuenciación de segunda generación como son 454-pirosecuenciación e Illumina-Solexa, ha sido posible secuenciar todo un metagenoma ambiental, así como también reorganizar genomas completos a partir de pequeños fragmentos de secuencia.
No obstante, con estas aproximaciones se genera un volumen enorme de datos para ser analizados y así poder responder a preguntas como: ¿a quién pertenece esta secuencia? o ¿cúal es la función de esta secuencia? Con las técnicas convencionales de secuenciación, en las que se hacían los análisis de un número no tan grande de pares de bases (entre 10 mil millones a 20 mil millones) existía la tendencia a promediar las pequeñas variaciones encontradas, las cuales eran atribuidas a un mismo genoma o pan-genoma, el cual hace referencia al contenido genético compartido entre los aislamientos de una misma especie. Con las nuevas técnicas de secuenciación utilizadas en metagenómica, el número de pares de bases es mucho mayor (>100 mil millones), lo que permite resolver un número diferente de genomas y potencialmente relacionar diferentes cepas con diferentes genomas, permitiendo un mejor entendimiento del papel de la variación genética en una población.
Colombia es uno de los países con mayores recursos hídricos del planeta, cuenta con una gran cantidad de grupos taxonó- micos en fauna y flora típica de la zona ecuatorial, lo que indica que posee una gran variedad de ambientes en los que habita una comunidad diversa de microorganismos. Sin embargo, muchos de estos ecosistemas tan diversos y variados, han sido intervenidos por el hombre. Por ejemplo, la gran mayoría de sus tierras ha sido utilizada para la agricultura por muchos años y el uso indiscriminado de agroquímicos para el control de plagas y enfermedades ha ocasionado cambios en las propiedades fisicoquímicas de estos, afectando a su vez la dinámica de las comunidades microbianas presentes.
Una comparación entre suelos agrícolas intervenidos y no intervenidos por la actividad humana mostró que los cambios ocasionados por los tratamientos tradicionalmente utilizados en estos suelos han favorecido la dominancia de ciertas especies, originando comunidades microbianas menos complejas. Sin embargo la metagenómica no ha sido utilizada para confirmar estos cambios en nuestra microbiodiversidad. Entre los cultivos sembrados en una gran parte de los suelos colombianos se encuentra la papa amarilla, Solanum phureja, conocida también como “papa criolla”, que representa uno de los alimentos de importancia social y económica en América Latina.
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