Ingeniería Civil Ambiental
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Browsing Ingeniería Civil Ambiental by Subject "BACTERIAS SULFORREDUCTORAS"
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- PublicationMETAGENÓMICA COMO UNA HERRAMIENTA PARA LA EVALUACIÓN DE LA PRESENCIA DE FAGOS EN AMBIENTES RICOS EN BACTERIAS SULFORREDUCTORAS Y SUS IMPLICANCIAS ECOLÓGICAS(2018)
;VALENCIA ALBORNOZ, RICARDO GABRIEL ;GUERRERO SALDES, LORNA ELENAUniversidad Tecnica Federico Santa Maria UTFSM INGENIERÍA QUíMICA Y AMBIENTALEn las últimas décadas, la metagenómica, el estudio de las secuencias de ADN ambiental, ha surgido como una alternativa para identificar la presencia de especies microbianas y comprender las interacciones entre éstas en comunidades complejas. En el desarrollo de esta técnica, las secuencias de ADN identificadas desde una muestra medioambiental pueden provenir de diferentes tipos de organismos, tales como eucariontes, procariontes y virus. La integración de la información obtenida en estos estudios permite generar una amplia gama de insumos con el fin de incrementar el conocimiento sobre las comunidades microbianas estudiadas que van desde la ponderación de abundancias relativas de especies microbianas, hasta la reconstrucción de novo de genomas de microorganismos no cultivables.Estudios basados en herramientas metagenómicas han reconocido que los virus son los organismos más abundantes y más diversos en el planeta. Su importancia no solo radica en su cantidad, sino también en que éstos son capaces de afectar de forma significativa procesos biogeoquímicos a escala global. En la actualidad, la comunidad científica ha puesto un particular énfasis en el rol ecológico de bacteriófagos o fagos, virus que afectan a bacterias, los cuales pueden modular la composición de las comunidades microbianas presentes en un determinado hábitat. Adicionalmente, los fagos forman un reservorio de nuevos genes, que pueden ayudar, tanto al fago como a su hospedero, a garantizar su permanencia y adaptación en el ambiente.La presente investigación tuvo como objetivo desarrollar una metodología capaz de identificar aquellos fagos más predominantes encontrados en medioambientes acuáticos naturales no intervenidos y comprobar si estos fagos presentan características genéticas similares. La integración de esta información entrega elementos valiosos para evaluar el rol ecológico de los fagos a nivel de comunidad microbiológica compleja, y cuáles son sus efectos a nivel de ecosistema.Durante el desarrollo de la memoria, se estimó la abundancia relativa y prevalencia (presencia) de fagos en 420 metagenomas acuáticos, compuestos por 140 metagenomas de origen marino, 140 genomas de origen estuarino y 140 genomas correspondientes a muestras de agua dulce. Esta estimación se realizó utilizando dos bases de datos de genes exclusivos de fagos, Phantome y Uniprot.En los metagenomas seleccionados, la abundancia relativa de los fagos permitió discriminar una fracción de fagos que posee un alto índice de abundancia, a los cuales se le atribuye una mayor tasa de replicación (fracción “activa”), de un grupo que posee abundancias relativas menores, conocidos como fracción “latente”. Esta fracción está asociada principalmente a fagos con tendencia a lisogenia o con una alta especificidad para infectar bacterias poco abundantes.Además, se confirmó que hay una estrecha relación entre abundancia relativa de un fago en un bioma y su prevalencia, es decir, estar presente en una mayor cantidad de muestras. Esto indica que los mecanismos que permiten a los fagos propagarse, también le proveen a éstos adaptación a diferentes ambientes. Respecto a la diversidad de bacteriófagos encontrada en los metagenomas, , Caudavirales, correspondientes a los virus que formados por una cápside, es el orden que domina en los fagos más abundantes, siguiendo la secuencia de mayor a menor, Siphoviridae, Myoviridae y Podoviridae.Durante este estudio se identificó que los bacteriófagos más abundantes en los tres biomas acuáticos está dominado por una gran cantidad de bacteriófagos incultivables, los cuales han sido previamente descritos solo por herramientas metagenómicas. Estos fagos fueron extraídos de muestras marinas y son un grupo poco explorado que, según el análisis, tiene una preponderancia única en estos sistemas. De los fagos descritos como cepas preciamente aisladas, cabe destacar la presencia de cianofagos como Planktothrix phage PaV-LD, Synechococcus phage S-SM2 y Prochlorococcus phage P-SSM2, explicado por la presencia de sus huéspedes, las cianobacterias, en estos ambientes y virófagos, como el virófago del Lago Orgánico, cuyas consecuencias en la dinámica fago-bacteria aún no son totalmente comprendidas.Con respecto a genes de bacteriófagos, se encontró un comportamiento similar al de abundancia, prevalencia y diversidad de fagos, sin la aparición del sesgo entre ambas bases de datos. Adicionalmente, estos resultados permiten inferir que aquellos genes que posean alta abundancia y prevalencia, corresponderían a genes cuya función confiere alguna ventaja a la comunidad viral.Junto al análisis anterior, se construyó redes de similitud de secuencias de genes utilizando como base los 100 genotipos más abundantes en el ambiente marino. Estas redes permiten visualizar las distintas familias génicas presentes y así atribuir que familias son las que confieren a los fagos mayor abundancia (genes en la fracción activa). Los resultados de este análisis produjo un set de clústeres génicos ligados a proteínas estructurales de cola, helicasa, que está involucrada en la replicación del ADN y una enzima oxigenasa (2-Fe-oxoglutarato oxigenasa) que participa en reacciones redox dentro de la célula del huésped y que puede tener un papel en la reparación de ADN viral. Sin embargo, al tratar de contrastar estas familias génicas con la abundancia relativa de cada uno de representantes y con la familia viral de donde provienen, no se pudo determinar una correlación positiva entre estas características. Es decir, no hay vínculo aparente que enlace la abundancia de cierto gen con la abundancia de un taxón en particular o la abundancia de un gen filogenéticamente cercano.Para conocer si los profagos de una cierta comunidad bacteriana, en este caso bacterias sulforreductoras, están representados en muestras ambientales, se les calculó la abundancia relativa en los metagenomas provenientes de los tres biomas. Dentro de la lista de profagos más abundantes en ambientes marinos resaltan aquellos pertenecientes a una bacteria del género Desulfobacula, que tiene 15 representantes de 46 profagos en la lista. Su ubicuidad y cantidad representantes hace que estos profagos sean candidatos para aplicaciones posteriores, como también obtener un mayor entendimiento de la ecología de esta comunidad y su modificación en este grupo de biomas.En conjunto, los resultados indican que un cierto grupo de fagos es altamente abundante y prevalente en el ambiente acuático. Sin embargo, es difícil especificar características genéticas que expliquen por qué son abundantes a este nivel, según lo indicado por las redes de similitud y árboles aumentados. Sin embargo, se reconoce que estos fagos, además de ser poco explorados, juegan un rol importante tanto en la modulación de comunidades complejas, como también la regulación de ciclos biogeoquímicos globales en ambientes acuáticos.