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» » » » Virus del océano: el sistema base de la vida en la Tierra

Esto es un dato pasado por alto hasta la última década, los virus marinos superan en número a cualquier otra entidad biológica en el planeta. Los científicos están sólo empezando a descubrir estas partículas invisibles que son los engranajes del sistema terrestre, el cambio dinámico de las redes alimentarias, de la pesca, e incluso del clima.

En su laboratorio de Ciencias de la Vida de la Universidad de Arizona Sur, Matthew Sullivan abre la puerta del armario de la incubadora. Hay multitud los estantes con filas de frascos de vidrio. Los del fondo están cubiertos con líquidos brillantes en diferentes tonos de verde,y  cada uno lleva una etiqueta de identificación. Sullivan coge uno de los frascos y lo coloca sobre una mesa del laboratorio.

"El color verde proviene de las algas microscópicas", apunta. "Las usamos para cultivar los virus. Estos microbios sirven como sus anfitriones en la naturaleza."

El laboratorio de Sullivan acaba de recibir una beca de investigación 1,6 millones de dólares de la Gordon and Betty Moore Foundation para "desarrollar y aplicar nuevos enfoques de la ecología del virus que permiten profundizar las investigaciones en la estructura y las actividades de comunidades naturales del virus marinos, y los vínculos entre los virus y sus anfitriones microbianos."

En otras palabras, los virus recorren el planeta a través de la manipulación de sus huéspedes microbianos.

"Los virus de marinos están integrados en el sistema de la Tierra", explica Sullivan. "Las redes alimentarias de la Tierra se abastecen de microbios, y los microbios en el océano proveen una gran parte de todo eso".

Como media, una gota de agua de mar contiene aproximadamente unos 10 millones de virus, o 10 veces más de muchos microbios. Estos virus no son de la clase que se expanden por su entorno y causan la gripe; sino que infectar los microbios del océano y alteran la forma de impactar en los ecosistemas.

La mayoría de los biólogos no consideran los virus como organismos vivos, ya que no se alimentan, ni crecen, ni tienen un metabolismo y no pueden reproducirse por sí mismos. Lo que hacen es infectar las células anfitrionas, le inyectan su propio material genético secuestrando la maquinaria molecular de la célula para que fabrique más virus. En muchos casos, el ciclo de reproducción del virus mata a la célula anfitriona, que estalla liberando un ejército de nuevas partículas virales en el medio ambiente, listos para infectar otras células.

En 2008, Sullivan, profesor adjunto en los departamentos de ecología y biología evolutiva, molecular y celular, comenzó en el Tucson Marine Phage Lab a estudiar cómo interactúan los virus marinos con los microbios, que a su vez, son los conductores de los más fundamentales procesos mundiales.

"Los virus son tan interesantes como sus anfitriones microbianos", señalaba Sullivan. "Y ambos son muy importantes: conducen los ciclos biogeoquímicos globales del carbono, nitrógeno, azufre y oxígeno, elementos que son cruciales para el funcionamiento de todo tipo de conversiones energéticas del planeta."

"Estamos aprendiendo que una enorme cantidad de virus marinos están implicados directamente en todo esto", añade. "Actúan como la fuerza motriz de la evolución de estos procesos microbianos: Matan a sus células anfitrionas, trasladando sus genes a nuevas células, modulan el metabolismo de sus éstas durante la infección e incluso puede servir de alimento a sus anfitrionas."

"Dada la importancia y la abundancia de los virus en los procesos globales, nos preguntamos qué tipo de virus existen y qué están haciendo, cómo afectan a los microbios y cómo interactúan con el medio ambiente. Partiendo de los datos preliminares no podríamos ni haber soñado con todas estas distintas interacciones, todos estos procesos biológicos oceánicos en los que están involucrados los virus."

Según estimación de los científicos, hasta el 50% de la población mundial de microbios marinos son renovados cada día, asesinados por los virus.

"Al matar a un número tan enorme de microbios, los virus guardan, probablemente, una gran cantidad de energía y carbono que penetra desde los niveles más altos de las cadenas alimentarias", señaló Sullivan.

"Uno puede pensar que el carbono es como una especie de moneda de cambio de energía en el sistema de la Tierra, y el 50 por ciento de ello proviene del océano", continuó Sullivan. "Hace tan sólo poco más de 10 años, pensamos que su número era muchísimo menor."

Nuestro planeta y todos los seres vivos no podrían sobrevivir, sin el trabajo de una vasta cantidad de organismos invisibles que habitan en las aguas de los océanos y en el suelo marino. Las algas unicelulares y bacterias conocidas como fitoplancton utilizan la energía de la luz solar para extraer el dióxido de carbono del agua (y en última instancia, de la atmósfera), y lo convierten en materia orgánica que forma la base de la cadena alimentaria. Este proceso se llama fotosíntesis.

En la mayoría de los libros de texto, de la cadena alimentaria comienza con las algas microscópicas y cianobacterias, que fabrican nutrientes del dióxido de carbono y luz solar. Ahora resulta que hay una capa que subyace debajo: los virus.

"Hay alrededor de 10 virus por cada microbio, casi por dondequiera que se mire", declara Sullivan. "Nosotros, podemos cultivar sólo el uno por ciento de microbios en el laboratorio, lo que significa que hay un 99 por ciento de los que realmente no sabemos mucho. Aquí es donde nuestros nuevos métodos encajan, hallando maneras de dar caza a ese otro 99 por ciento."

El mayor desafío para el estudio de los virus es su pequeño tamaño. Un alga unicelular, imperceptible a simple vista, puede dar cabida a varios cientos de virus. Por eso los investigadores deben encontrar maneras para recoger muestras de virus, concentrarlos o separarlos según los diferentes tipos.

"Nuestra investigación se encuentra actualmente en la fase de descubrimiento", comenta Sullivan, "desarrollar nuevos métodos de recolección e identificación de virus constituye una parte importante de nuestro trabajo."

Con los métodos existentes, sólo se han podido extraer una cuarta parte de todos los virus que flotan en una muestra de agua de mar. Al trabajar en la Biosphere 2 Ocean de la UA, los colaboradores de Sullivan han descubierto recientemente que, simplemente añadiendo cloruro de hierro a la muestra de agua, podrían atrapar el 95% de los virus en sus recipientes de recogida.

La mayor parte del oxígeno que respiramos se libera a la atmósfera de la Tierra por dos especies de microbios: las cianobacterias Prochlorococcus y Synechococcus. Son las células fotosintéticas más abundantes en el planeta, y el laboratorio de Sullivan está especialmente interesado en su estudio y en los virus que las infectan.

En estudios anteriores, Sullivan descubrió algo inesperado: El virus que infectan a estos microbios tienen los genes necesarios para construir una parte importante de la maquinaria fotosintética usada por los microbios que producen oxígeno.

Pero, ¿por qué los virus?, ¿Por qué unas partículas sin vida, sin metabolismo propio, que depende de los microbios para replicarse, son los portadores de unos genes que ellos mismos no pueden utilizar?

"Cuando el virus infecta la célula, desactiva la capacidad de su anfitrión para hacer cualquier otra cosa", explica Sullivan. "Básicamente, se hace cargo de la maquinaria bioquímica y fuerza al anfitrión a crear más virus. Deja intacto lo que la célula necesita para sobrevivir y hacer copias del genoma del virus."

Para sobrevivir, el anfitrión depende de la maquinaria fotosintética. Durante la fotosíntesis, una de las proteínas principales de este aparato está sujeta a tal desgaste y deterioro que debe ser reemplazada cada 30 minutos.

"Es el virus quien tiene el diseño de la proteína, ya que tendrá que reemplazarla una vez que ha tomado el control de la célula", añade Sullivan. "Así descubrimos que los virus, impactando directamente la capacidad fotosintética de sus anfitriones, además de matarlas producen el cambio de su ecología y su trayectoria evolutiva."

"Puede decirse que esto es sólo la punta del iceberg. Se trata de un sistema oceánico de virus que se ha mirado en detalle."

Los virus marinos añaden una nueva dimensión a la evolución: Es fácil imaginar cómo un virus se hace cargo de material genético de un anfitrión haciendo de ello una ventaja que transfiere a otro microbio durante otro ciclo de infección y replicación del virus. "Parece una buena manera de acelerar la evolución molecular", comenta Sullivan. "Las especies anfitrionas, incluso, podrían estar utilizando estos virus para saltar y probar nuevas formas de evolucionar más rápidamente."

El grupo de Sullivan espera que su investigación, basada en este descubrimiento, genere un conocimiento directamente aplicable para entender mejor y predecir los ecosistemas marinos y la pesca. Están centrados en los virus de entorno sobre los que hay una gran cantidad de información disponible. Por ejemplo, su equipo tomó muestras de virus de la llamada ‘zona de oxígeno mínimo’, en el Pacífico subártico, donde vastas extensiones del océano contienen poco o ningún oxígeno a profundidades de unos 500 metros a 2.000 metros.

"Esta zona tiene enormes consecuencias para la pesca," afirma Sullivan, "así que, ha sido estudiado durante los últimos 50 años para descubrir cómo está respirando el mar. Estamos interesados en la interacción entre los virus y los microbios de esta zona, en el contexto de la física y la química de este importante medio ambiente del Pacífico subártico."

Curiosamente, un grupo de microbios marinos, denominado Marine Group A, que se encuentra en todo el mundo, pero en número muy escaso, parecen florecer en las aguas de las ‘zonas de oxígeno mínimo’, donde se encuentran en cantidades considerables.

"No sabemos nada de ellos", dice Sullivan. "Sabemos lo que ocurre a partir de su" huella" genética, pero no podemos cultivarlo, así que no tenemos ni idea de lo que hace."

"Las zonas de oxígeno mínimo del océano abierto son áreas donde los microbios producen gases de efecto invernadero como el metano y óxidos nitrosos. Estas zonas pueden ser una cosa mala cuando se ellos se expanden, por lo que necesitamos entender por qué se forman y cómo influyen en las redes tróficas marinas. De ahí que estemos interesados en los microbios marinos del grupo A, ya que son muy abundantes en estas regiones y puede producir de manera importante.algunos de estos gases de efecto invernadero."

"Otros científicos están desarrollando modelos informáticos de las comunidades microbianas para entender mejor su papel en la base de la cadena alimentaria", añade. "Nuestros experimentos pueden proporcionar datos necesarios para establecer parámetros realistas en estas simulaciones."

"Todo esto es muy exploratorio", dice. "Podemos hacer este tipo de ciencia debido a la capacidad excepcional de la UA para la genómica de alto rendimiento, la proteómica y la bioinformática. Si se quiere estudiar complejas interacciones biológicas a nivel de ecosistemas, es necesario este tipo de infraestructura. Permite abrir nuevas puertas dentro de la biología."

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Editor del blog Pedro Donaire

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