El catàleg conté aproximadament 3.7 milions de gens microbians, alguns dels quals estan involucrats en la degradació de la matèria orgànica terrestre i, per tant, en el balanç global de carboni. Aquests gens podrien tenir diverses aplicacions biotecnològiques, ja que podrien utilitzar-se per produir biocombustibles, productes antimicrobians i fins i tot anticancerígens.
El riu Amazones exerceix un paper fonamental en la degradació del carboni atmosfèric que ha estat fixat per les plantes de la selva circumdant, una part del qual va a parar a l’ecosistema marí. Donada la seva importància en el balanç global de carboni, sorprèn el poc que se sap sobre els mecanismes involucrats en la degradació microbiana de la matèria orgànica terrestre que va a parar a aquest riu, ja que aquest procés genera una quantitat important de diòxid de carboni que acaba essent alliberat a l'atmosfera.
Un nou estudi elaborat conjuntament per l'Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC) de Barcelona i la Universitat Federal de Sao Carlos (UFSCar), al Brasil, ha analitzat ara la maquinària metabòlica de la microbiota del riu Amazones responsable de degradar la matèria orgànica terrestre. Els autors del treball, publicat recentment a la revista Microbiome, han processat un conjunt de 106 metagenomes del riu Amazones que cobreixen més de 2.000 quilòmetres del seu curs i inclouen la zona de la costa i les regions de la ploma que ingressa a l’oceà Atlàntic.
La investigació ha donat lloc al Catàleg més complet de Gens Microbians no Redundants de la Conca del Riu Amazones (AMnrGC, per les sigles en anglès), un catàleg que conté aproximadament 3,7 milions de gens, la majoria d'ells pertanyents a bacteris. Segons els experts, aproximadament la meitat dels gens trobats en el microbioma del riu Amazones (48%) no tenen una funció coneguda, la qual cosa representa una novetat genètica substancial, i són diferents dels que es troben en altres grans rius tropicals que s’han estudiat.
"El nostre objectiu era caracteritzar el contingut de gens microbians del riu Amazones i fer servir aquesta informació per comprendre com es processa la matèria orgànica terrestre al riu mentre flueix cap a l'oceà", explica des de la UFSCar Célio Dias Santos-Júnior, l'autor principal de l'estudi, que assegura que aquest coneixement "es pot extrapolar a altres ambients tropicals per comprendre el destí del carboni orgànic fixat per les plantes terrestres".
"Això és important per a les accions de conservació, ja que conèixer la microbiota del riu és el primer pas per comprendre si aquesta pot estar en perill pel canvi climàtic, així com per dissenyar estratègies i informar els responsables del disseny de les polítiques de conservació", subratlla Santos-Júnior, que afegeix que “conèixer el microbioma del riu Amazones ens permet comprendre processos universals com la degradació de la matèria orgànica generada a terra, cosa que explica altres fenòmens importants com ho és la desgasificació que s'observa en aquest riu".
Després de processar les dades genètiques, els autors es van adonar que els microbis del riu Amazones són capaços de degradar la matèria orgànica terrestre en regions amb baixa concentració d'oxigen, temperatura i carboni inorgànic dissolt, el que concorda amb estudis previs que recolzaven un priming effect, que es dóna quan hi ha una degradació més ràpida dels materials recalcitrants -difícils de digerir pels microbis- en presència de compostos làbils -substàncies fàcilment degradables-.
Una altra de les conclusions de l'estudi és que la degradació de la matèria orgànica derivada de les plantes es produeix de manera diferent al llarg del curs del riu, cosa que va permetre als científics identificar les principals famílies d'enzims involucrades en aquest procés en diferents seccions del riu. Aquests enzims es van utilitzar per conèixer les rutes mitjançant la qual es degrada la matèria orgànica i les espècies microbianes que realitzen aquests processos al riu Amazones.
Investigacions futures
"Les investigacions futuresse centraran en l'estudi d'aquests enzims, ja que podrien tenir propietats útils per a indústries com la paperera", apunta des de la UFSCar Flavio Henrique-Silva, un dels coautors de l'estudi. L'expert porta anys treballant amb els enzims involucrats en la degradació de cel·lulosa provinents dels metagenomes del riu Amazones i, segons el seu parer, els resultats són prometedors, ja que mostren una millor resistència a la inhibició pels seus productes finals, el que pot interessar a les indústries de biocombustibles de segona generació.
El catàleg inclou també gens que podrien ser útils per a desenvolupar tecnologies relacionades amb el reciclatge i per produir biocombustibles, productes antimicrobians o anticancerígens. Finalment, el AMnrGC podria ajudar a entendre com els microorganismes poden tractar metalls pesants, emmagatzemar carboni o segrestar ions, la qual cosa podria ser útil per a la biotecnologia.
"El nostre treball és un primer pas que aplana el camí a investigacions futuresmés ambicioses amb l’objectiu d’entendre l'expressió dels gens del microbioma del riu Amazones involucrats en la degradació de la matèria orgànica terrestre i l’estructura de les proteïnes corresponents. Això ens permetrà comprendre millor de quina manera una part del carboni orgànic sintetitzat a la selva tropical per les plantes es transfereix a través de microbiomes aquàtics per finalment ser alliberat a l'atmosfera en forma de CO2", conclou l'investigador de l'ICM Ramiro Logares, un altre dels coautors de l’estudi.
Article de Referència
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. https://doi.org/10.1186/s40168-020-00930-w
Notícia via Elena Martínez Batalla (ICM-CSIC)