13/10/2017

El ADN del Océano


El objetivo de Tara Pacific es audaz: estudiar de forma más exhaustiva posible todos los organismos microscópicos asociados al coral. Para auscultar  esta diversidad con la esperanza de desentrañar los misterios todavía no resueltos del funcionamiento del holobionte coralino, los científicos están utilizando una herramienta relativamente nueva y de rápido desarrollo: el estudio de los genes gracias a la secuenciación de alto flujo realizada por el Genoscope (CEA).

Bacterias, virus, micro algas, hongos...El coral no es un simple ensamblaje de pequeños pólipos en sus hermosos nichos calcáreos. Eso es solo lo que nuestro ojo puede ver. En realidad, está lleno de microorganismos, es una fábrica. Una fábrica que poco conocemos, mientras los arrecifes de coral están peligrosamente amenazados. El 20% ya ha sido destruido; Los científicos estiman que otros 40% podrían desaparecer en los próximos 40 años.

Hasta hace poco, los científicos no disponían de las herramientas adecuadas para estudiar y comprender los corales y demás sistemas biológicos complejos. El coral, el suelo, las comunidades de microbios, las aguas oceánicas, todos estos ambientes tienen algo en común: están poblados por miles de microorganismos diferentes en constante interacción. Una biodiversidad invisible y muy compleja, que permaneció mucho tiempo fuera del alcance de los microbiólogos.

Demasiados, muy diversos
Cuatro siglos atrás, el microscopio llega a las mesas de los laboratorios. De repente, los científicos se dan cuenta, y es irritante, de cuán limitada es nuestra visión de la biodiversidad. Contemplamos la naturaleza a nuestra escala, lo que nuestros ojos pueden ver, algo limitado. Pero la diversidad y la complejidad de los seres vivos es mucho mayor por el lente del microscópico.

Una vez vencido el obstáculo del tamaño, los científicos encuentran otra dificultad: los microorganismos son sumamente diversos. En promedio, un litro de agua de mar contiene millones de protistas y miles de millones de virus, o sea miles de especies diferentes. Las vidas de cientos de biólogos pegados a sus microscopios, no serían suficientes para dibujar un mapa aproximado de la diversidad y del funcionamiento de ecosistemas complejos como el coral, el plancton o la microbiota. La naturaleza todavía nos elude.

Uso de la genómica
Recientemente, los científicos usan una nueva herramienta, la metagenómica. Los avances en los métodos de secuenciación, el almacenamiento de datos y el análisis bioinformático, permiten interrogar directamente los genes de los organismos presentes en las muestras.  Ya no es necesario  domarlos, aislarlos, aprender a cultivarlos en los laboratorios. En un lapso de tiempo corto, los biólogos pueden tener una visión muy precisa de la diversidad y la abundancia de los microorganismos presentes en un puñado de tierra o en un litro de agua de mar.

Actualización de una diversidad invisible
El poder de estos análisis genómicos depende en parte de las propiedades de la molécula de ADN: universal, pero suficientemente discriminante. Cada tipo de organismo y cada especie poseen  características genéticas propias.  El análisis de su genoma permite distinguirlos, identificarlos y clasificarlos con precisión. Sabemos cuáles especies están presentes en el medio ambiente y en que proporción.

Descubrimiento de nuevas especies
Al analizar unas muestras, no es raro que los científicos se den cuenta de que están en presencia de una nueva especie o un nuevo gen. Para hacer esto, basta con cruzar sus resultados con las bases de datos públicas que concentran todo lo que ya ha sido referenciado. Si nada corresponde, saben que están en presencia de algo totalmente nuevo, algo que son los primeros en observar. El análisis de las muestras de la expedición de Tara Oceans ha ayudado a aumentar la diversidad taxonómica y genética del plancton oceánico de varios miles de especies y millones de genes. La metagenómica revela, por encima de todo y sin sorpresa, la amplitud de nuestra ignorancia del mundo microbiano.
Este inventario de diversidad es el primer paso necesario. Una vez que sabemos quién está en el ecosistema, podemos estudiar cómo esta diversidad de organismos interactúa, se organiza, evoluciona y se adapta. Nuevamente, los análisis genómicos demuestran ser valiosos.

Evolución y funcionamiento de los ecosistemas.
Más allá del aspecto de la diversidad, al comparar las muestras recogidas en un mismo lugar en diferentes momentos o en áreas distintas con condiciones ambientales diferentes, llegamos a definir la evolución espacial y temporal del ecosistema. In fine, el objetivo es de predecir su reacción a los cambios de temperatura, de concentración de oxígeno o de pH, por ejemplo. En el caso del coral, al comparar las muestras recogidas a lo largo de un gradiente de temperatura, podemos especular sobre la influencia de este parámetro en la diversidad y la funcionalidad de los arrecifes.
Desde un punto de vista evolutivo, al comparar los genomas secuenciados de diferentes organismos, se especifica el parentesco entre estos organismos y se refina nuestra comprensión del camino de la evolución, a veces alterada.

Más recientemente aun, los científicos han adaptado los métodos de análisis del ADN al ARN, es decir, a los genes que en realidad se expresan y, por lo tanto, son utilizados por los organismos. Un gen presente en una muestra puede no expresarse y, por lo tanto, no tener función en el ecosistema. No basta con identificar un gen, se debe estar seguro de que este último será explotado. El análisis del RNA permite comprender la variabilidad de la expresión de los genes y, por lo tanto, de las funciones que poseen los organismos. Esto arroja luz sobre la complejidad de las interacciones y la forma en que los organismos se adaptan a entornos que a veces son muy particulares y cambiantes.
En términos más generales, la explotación de estos datos genéticos y su puesta en relación con datos ambientales y morfológicos, brindan a los científicos una visión hipotética global del sistema natural que están estudiando. Más importante aún, eso abre vías de investigación totalmente nuevas.

Margaux Gaubert.
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* Holobionte: (del griego “holo”, todo, y “bios”, vida). El holobionte es el conjunto de comunidades microbianas internas o superficiales que están asociadas con los organismos. En nuestro caso, el coral. Forman comunidades de especies que serían la verdadera unidad de evolución del genoma en vínculo con su comunidad microbiana, el lugar probable de las adaptaciones biológicas.