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En microorganismos que habitan esponja del Mediterráneo estaría la respuesta a escasez de antibióticos

La ausencia de movimientos que les permitan defenderse de organismos depredadores ha hecho que las esponjas y los microorganismos que las habitan –que representan hasta el 50 % de su peso– diseñen estrategias que los protejan de ataques externos.

Haliclona fulva es una esponja marina que forma parte del coralígeno del mar Mediterráneo (situado entre Europa, Asia y el norte de África); crece a una profundidad de 35 m y se caracteriza por producir metabolitos secundarios con potencial biotecnológico.

Según la microbióloga industrial Erika Johanna García Bonilla, doctora en Ciencias – Biología de la Universidad Nacional de Colombia (UN), la exploración biológica de los ecosistemas marinos siempre ha sido una fuente rica de conocimiento y clave en recursos para la humanidad. Esto “nos permite encontrar nuevas estructuras moleculares que aunque evolucionaron para una función en su contexto ambiental original, tienen bioactividades que a su vez se podrían utilizar para aplicaciones prácticas, como fines industriales y médicos”.

Aunque existen estudios centrados en identificar actividad antitumoral, antibacterial y antiparasitaria en la esponja, la investigación de la doctora García buscó nuevos compuestos que permitan afrontar la escasez de antibióticos.

Al respecto ella afirma que se trató de un proceso largo y dispendioso que permite concluir que existe una gran probabilidad de que muchos de los microorganismos que se encuentran en Haliclona fulva tengan una mayor versatilidad metabólica, o simplemente distinta a las que ya se conocen. Esto gracias, entre otras características, a las diferencias en cuanto a disponibilidad de nutrientes o salinidad del ambiente marino.

Howard Junca, director del Grupo de Investigación en Ecología Microbiana de la Fundación Microbiomas, quien dirigió la tesis doctoral, destaca que el análisis de la esponja y sus microorganismos (u holobionte) permite identificar compuestos con diverso potencial a partir de variables relacionadas con temperatura, cambios de luz y niveles de acidez, con el fin de producir compuestos que no se pueden elaborar en laboratorio por la complejidad que tiene la flora que conforma la esponja y los microorganismos simbióticos, o microbioma.

“Aunque es difícil establecer qué organismo produce estos compuestos y cómo se hace, parece que se trata de un intercambio permanente en el que cada uno hace una parte para lograr producirlos en forma conjunta”, puntualiza.

Potencial biotecnológico

De H. fulva se quería evaluar su comportamiento en condiciones artificiales (acuarios) y en condiciones de estrés, aunque sin llegar a poner en riesgo su supervivencia. Para ello se hizo una evaluación a 31 oC y en condiciones de luz intensa, durante un una hora, con el fin de determinar cuál sería su respuesta en relación con la producción de metabolitos secundarios y del conjunto de genes de organismos microscópicos presentes en el organismo, o microbioma.

Aunque se ha observado que los microorganismos producen muchos compuestos, en la mayoría de los casos se desconocen tanto el origen como la posibilidad de que la esponja tenga algún tipo de modificación. Por eso el estudio se concentró en la posibilidad de identificarlos y en analizar su genoma, es decir su composición genética y sus simbiontes, o microorganismos asociados.

La investigación demostró que Haliclona fulva es una esponja de baja abundancia microbiana, en la que el 70 % de su comunidad microbiana está dominada por dos microorganismos –una arquea y una bacteria– que se preservan tanto en el cultivo como en su hábitat natural.

Aunque la arquea se ha reportado en otras esponjas, la bacteria sería una nueva especie que deberá ser objeto de nuevos estudios; los análisis genómicos también reportaron una gran presencia de virus que estarían vinculados a las comunidades microbianas.

Observada bajo estrés

Para simular las condiciones normales en las que vive la esponja se dispusieron estanques de 4 litros de agua del mar Mediterráneo, de manera que los nutrientes y otros parámetros físico-químicos fueran los habituales de esta.

Después de realizar las primeras pruebas en condiciones de estrés se observó que los grupos microbianos abundantes no sufrieron cambios significativos, mientras que la temperatura sí disminuyó significativamente la producción de algunos metabolitos.

También se realizaron análisis genéticos a partir del gen 16S del ARNr (ácido ribunocleico), utilizado como marcador molecular para identificar bacterias y arqueas, y además se identificaron los diversos compuestos a partir de un trabajo interdisciplinario que contó con la participación de biólogos, microbiólogos y químicos.

La investigadora destaca que “estos análisis arrojaron información sobre la masa y carga de diferentes iones, y a través de un estudio comparativo con información de diversas librerías se logró identificar los compuestos”.

Además se encontró una disminución significativa de péptidos producidos por los microorganismos sobre los que la esponja no tiene ninguna injerencia, aunque constituyen su primer mecanismo de defensa contra bacterias.

Los riesgos del cambio climático

La significativa disminución de los compuestos encargados de defender a la esponja en condiciones extremas, como temperaturas de 31 oC, haría prever un posible riesgo para su supervivencia en ambientes naturales, sumado a la dificultad que plantea realizar los correspondientes análisis para identificar dichos péptidos, debido a la baja cantidad en que se encuentran.

Aunque en verano la temperatura del mar Mediterráneo tiene un promedio de 25 oC, estudios realizados en corales de Australia han demostrado que a 33 oC algunas esponjas tienen importantes pérdidas de simbiontes, lo cual se expresa en la necrosis de los tejidos, y por ende en la muerte de la esponja.

En tal sentido, los incrementos de 1 y hasta 2 oC registrados en algunas regiones del planeta constituyen un motivo de alerta sobre lo que podría ocurrir en un futuro respecto a los riesgos que enfrenta la fauna que se encuentra en el nivel más bajo del océano, tales como la Gran Barrera de Coral de Australia.

En la medida en que miembros del género Haliclona han demostrado una comunidad microbiana con un alto porcentaje de virus, la fase posdoctoral del estudio se concentrará en caracterizar dicha comunidad, su papel, y en general las funciones metabólicas del holobionte a través de herramientas como las secuencias del genoma de los diferentes microorganismos, o metagenómica.

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