Tres enfoques para la elaboración de perfiles funcionales y la identificación de bioindicadores para el seguimiento de eDNA en entornos costeros

ION LUIS ABAD, LAURA ALONSO y ANDERS LANZÉN, investigadores de Funcionamiento de Ecosistemas Marinos

Los ecosistemas costeros y estuarinos tienen una complejidad alta y están amenazados por diversas actividades humanas como la eutrofización (el aporte en exceso de nutrientes inorgánicos), la contaminación industrial, la alteración hidrológica o el cambio climático.

Las regulaciones con las que contamos hoy en día para proteger estos ecosistemas están basadas en las especies biológicas indicadoras, que depende de la pericia de taxónomos cualificados y dificulta que los programas de monitoreo se puedan aplicar de manera rápida e incluso automatizada.

Una forma de resolver este problema es a través del estudio de las comunidades microbianas que habitan los ecosistemas. Estas comunidades son la base de la cadena alimentaria y el ciclo de elementos, lo que hace que contengan mucha información sobre el estado de sus hábitats.

Estas técnicas no están muy estudiadas aun, pero ya conocemos algunas de sus ventajas. Por un lado, la toma de muestras de comunidades microbianas es rápida y sencilla (como explicamos en el vídeo sobre monitoreo rutinario para el proyecto Indired). Por otro, se ha avanzado mucho en técnicas basadas en el ADN ambiental (eDNA)  Esto nos permiten estudiar esta amplia diversidad funcional de una manera eficiente y holística.

Sin embargo, como decíamos, aún quedan cosas por descifrar en torno a esta metodología. Solo un pequeño porcentaje de todos los microorganismos presentes en nuestro planeta son cultivables en el laboratorio por lo que no sabemos mucho sobre su metabolismo y su función en el ecosistema.  

Tres enfoques para la búsqueda de bioindicadores utilizando eDNA

Para arrojar algo de luz sobre las técnicas más indicadas para realizar estos análisis, se han comparado tres metodologías diferentes para la caracterización funcional de las comunidades microbianas del bentos estuarino en nuestras costas, para la búsqueda de bioindicadores utilizando eDNA:

• Metabarcoding del gen ARN ribosomal 16S: el eDNA extraído se amplifica en la región del gen rARN 16S ya que esta secuencia funciona como un código de barras para identificar los microorganismos presentes en el medio.
• Microarray para el estudio funcional (Geochips): El eDNA extraído se empareja con secuencias de genes conocidos colocados en un chip. El emparejamiento de las secuencias de la muestra y las colocadas en el chip nos indican la composición de genes presentes en la muestra y su abundancia.
• Secuenciación metagenómica tipo shotgun: La secuenciación shotgun o de escopeta es un método de secuenciación de fragmentos de ADN aleatorios que se pueden ensamblar para obtener la secuencia original de los diversos genes presentes.

Los resultados obtenidos indican la presencia de una alta diversidad microbiológica y amplia redundancia funcional, independiente tanto del estado ecológico del estuario como de la composición microbiana, lo que parece indicar que varios microorganismos diferentes son capaces de realizar las mismas funciones ecosistémicas  Sin embargo, aproximadamente un 5% de los grupos funcionales de genes identificados están diferencialmente presentes en estuarios con distinto estado ambiental, y que por tanto se han mostrado como posibles bioindicadores. Esto induce a pensar que distintas funciones ecosistémicas están más o menos presentes dependiendo del estado ecológico del estuario de muestreo.

Este estudio nos hace reflexionar si el uso de microarrays de diseño especifico y alta sensibilidad, pero con un objetivo limitado por su composición es, a día de hoy, una metodología válida para identificar indicadores de estado ambiental. Los avances en secuenciación; bien de amplicones o metagenómica shotgun, parece ser una mejor y más eficiente alternativa para la búsqueda de bioindicadores y el consiguiente posible monitoreo basado en estos mismos.

Los resultados de este trabajo realizado por Ion Abad, Laura Alonso y Anders Lanzén fueron presentados en el simposio ISME18 (International Symposium on Microbial Ecology) que tuvo lugar en Lausana en agosto de 2022.