Las bacterias oceánicas viven mejor con genomas más simples

El ADN de las bacterias de la superficie marina es más sencillo que el de las bacterias cultivables en laboratorio. / Dru2u

Un nuevo estudio analiza los genomas de las bacterias de la superficie marina y concluye que su ADN contiene menos guanina, citosina, duplicidades y genes no codificantes que el de las bacterias cultivables. Las distintas regiones analizadas revelan que estos organismos se distribuyen según la latitud y la temperatura.

El genoma de las bacterias que habitan la capa superficial del mar hasta los 200 metros de profundidad es más sencillo que el de aquellas cultivables en laboratorio, según se desprende de una investigación en la que ha participado el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). El artículo, publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), revela que las cadenas de ADN de los genomas más representativos del océano presentan menos duplicidad de genes, menos genes no codificantes y menor contenido de las bases nitrogenadas guanina y citosina.

Mientras que las especies cultivables de bacterioplancton marino presentan un 48,5% de bases guanina y citosina en su genoma, el de las analizadas por la investigación sólo alcanza el 37,9% de ellas. Del mismo modo, los genomas cultivados suelen ser hasta el doble de grandes que los de las bacterias de vida libre analizadas por la investigación.

Según el artículo, “esta simplificación genética podría deberse a un mecanismo primario para adaptarse a las condiciones oceánicas de escasos nutrientes”. La investigadora en el Instituto de Ciencias del Mar del CSIC Silvia Acinas explica: “La simplificación del genoma supone un ahorro de energía que puede ser reinvertida en otros procesos esenciales de la célula como la nutrición”.

Dado que sólo apenas el 1% de las bacterias del mar son capaces de crecer en un laboratorio, la investigadora del CSIC considera que “la visión genómica y funcional de las bacterias marinas existente hasta la fecha estaba totalmente sesgada debido a que la información previa acumulada sólo se desprendía de las especies aisladas en cultivo”. Este problema ha podido ser resuelto gracias al uso de nuevas técnicas de separación de células a nivel individual a partir de muestras ambientales y de secuenciación masiva.

Acinas considera “sorprendente cómo los genomas bacterianos han reducido sus tamaños y se han especializado metabólicamente de formas muy diversas a las condiciones que podrían ser adversas para el crecimiento de los microrganismos en el océano”. Este proceso ha dado lugar a una menor versatilidad metabólica a cambio de una mayor especialización funcional. Se observa, por ejemplo, que dichos organismos presentan menor flexibilidad fisiológica frente a una mayor especialización en el uso de recursos.

El hogar de cada bacteria

Dado que el océano es un ecosistema sin barreras, Acinas explica: “Hasta ahora se había pensado que las bacterias marinas no presentaban patrones biogeográficos porque pueden dispersarse globalmente”. No obstante, este estudio, basado en la información completa del genoma de la bacteria, se suma a resultados previamente publicados y confirma que las bacterias de la superficie oceánica sí están sujetas a un determinado patrón de distribución.

De las muestras analizadas extraídas de aguas del Golfo de Maine, el Mar Mediterráneo y de giros subtropicales del Pacífico Norte, el Pacífico Sur y el Océano Atlántico, se desprende que su presencia en una u otra región está determinada fundamentalmente por la temperatura y la latitud. Este fenómeno pone de manifiesto que dichos organismos están sujetos a una adaptación local en función de las condiciones medioambientales.

Las bacterias marinas tienen una función primordial en los ciclos biogeoquímicos del océano y son la base piramidal de la cadena trófica. Por ello, Acinas considera que “para tener un conocimiento real del papel que realizan en su ambiente es imprescindible conocer la secuencia de su genoma”.

Esta investigación internacional ha contado, además, con la colaboración de otros dos investigadores españoles, José González y Manuel Martínez García, pertenecientes a la Universidad de la Laguna y a la Universidad de Alicante respectivamente.

Brandon K. Swana et al. Prevalent genome streamlining and latitudinal divergence of planktonic bacteria in the surface ocean. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.1304246110