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» » » » » » Navegando en un mar de microbios

Investigadores dirigidos por Matt Sullivan, de la Universidad de Arizona, son los primeros en sumergirse en el mundo de los virus a la deriva a través de los océanos de todo el mundo.

Rodeado por el azul profundo de un Océano Pacífico que se extiende de horizonte a horizonte, un solo punto se ve brillando bajo el sol. Es el casco de aluminio de un velero, una goleta de 36 metros con sus blancas velas ondeando desde sus dos mástiles.

En la cubierta, los miembros de la tripulación y los científicos andan pululando de un lado a otro. Órdenes de aquí para allá, y después aparece un extraño artilugio que tiene unos tubos agrupados en torno a una serie de sensores que cuelgan de una grúa que baja hacia el agua, hasta que desaparece en las profundidades azules.

Melissa Duhaime, en ese tiempo becaria postdoctoral en el laboratorio de Matt Sullivan, de la Universidad de Arizona, en la facultad de ecología y biología evolutiva, se está preparando para otro recorrido de muestreo del agua de los océanos.

Duhaime es uno de los siete científicos a bordo del buque de investigación Tara Oceans, donde pasa seis semanas navegando, desde Chile a la Isla de Pascua, como parte de una travesía de tres años de expedición a través de los mares y océanos del mundo.

Su misión es recoger muestras de algunos de los sitios menos conocidos, aunque de los más importantes orientados a la producción de alimentos de la tierra, de la producción de oxígeno e incluso del clima: Los virus oceánicos.

En un artículo publicado reciente que cumple con los importantes objetivos de la campaña de investigación del Tara Oceans, los miembros del laboratorio de Sullivan, según sus co-autores, controlan los más grandes ciclos biogeoquímicos globales: la producción de nutrientes, la química atmosférica y el clima, en su mayor parte controlados por las cosas que no podemos ver, virus, bacterias, algas unicelulares y otras pequeñas criaturas.

Todos juntos, forman la mayor parte de la biomasa de los océanos. Y como los científicos ya han empezado a darse cuenta, son los que tienen la última palabra. Por ejemplo, los microbios producen casi tanto oxígeno como todas las plantas de la tierra, mientras que absorben la mitad del dióxido de carbono del gas de efecto invernadero producido por la actividad humana.

El océano a escala microscópica

Durante una expedición al Ártico, Tara encontró evidencias del calentamiento global. El aumento de gases de efecto invernadero en la atmósfera, y en concreto, del efecto de acidificación por la disolución del dióxido de carbono de corales y conchas, se encuentran entre las principales preocupaciones de la comunidad científica. La forma que el plancton se ajusta a los cambios bruscos del medio ambiente es una de las principales cuestiones que Tara Oceans trata de responder.

"El océano puede parecer fluido y continuo con nosotros, pero a escala microscópica, se parece más a una red de moco", comentó Sullivan. "El agua está llena de todo tipo de secreciones mucosas y exudaciones de distintos organismos que crean una matriz en el agua. Puede que uno no lo note si se traga un sorbo de agua de mar, pero desde el punto de vista de un microbio este es el mundo de las redes."

Dado que los virus no tienen un metabolismo propio y dependen del secuestro de otros organismos para su reproducción, la mayoría de los biólogos no lo consideran propiamente seres vivos. Sin embargo, precisamente esa forma de vivir tan vicaria es lo que los hace tan poderosos: Muchos de ellos han evolucionado hacia interacciones altamente especializadas con sus anfitriones, y a menudo matándolos en el proceso.

Por ejemplo, ciertos virus invaden las algas del mar y toman el control sobre el proceso de fotosíntesis, lo cual repone el oxígeno que respiramos. Otros, simplemente, matan a una vasta cantidad de organismos, poniendo límites a lo que puede soportar la biomasa de las redes alimentarias en los océanos del mundo.

Los investigadores estiman que hay 1 millón de veces más virus en la Tierra que estrellas hay en el universo: unos 10 quintillones (un uno seguido de 31 ceros). El 90 por ciento de los virus se cree que habitan en los océanos.

Sullivan estima que un chupito de agua de mar puede contener entre 4.000 a 80.000 tipos diferentes de virus, pero reconoce que estas cifras adolecen de una falta de conocimiento general en el campo científico.

"Todavía no tengo un buen concepto de lo que constituye una especie de un virus o un microbio", dijo. "Gran parte del trabajo en nuestro laboratorio se centra en torno a esta pregunta. Procuramos entender lo que define a un grupo biológicamente coherente y lo que los separa de los demás."

La imagen de esto resulta muy complicada, porque los virus y microbios intercambian genes de forma rutinaria, constantemente transformándose en algo nuevo. Para obtener respuestas, el equipo de Sullivan está aplicando un enfoque llamado población genómica, y la Duhaime muestras tomadas a bordo del Tara Oceans son la clave para este enfoque.

«Una vez que hayamos identificado un número suficiente de virus desde una muestra de agua de mar, de los que infectan al microbio huésped, queremos abordar la pregunta, “¿Cuán diferentes son unos virus de otros?", inquirió Duhaime. "¿Y en qué se diferencian los virus de un mismo tipo de una parte a otra del océano?”»

Añadió que, "esas son las preguntas fundamentales que los ecologistas se han estado preguntando acerca de los grandes organismos, de los lobos a los cactus saguaro, desde hace siglos. Sin embargo, el recuento y la diferenciación de los pequeños y elusivos virus, tan difíciles de detectar en el medio ambiente, ha sido tan limitado por las tecnologías disponibles que sólo ahora podemos comenzar a responder a estas preguntas."

"Mediante el estudio de esas muestras, vamos a empezar a ver las diferentes maneras en que estos virus se ajustan a los ciclos biogeoquímicos que alimentan los procesos de la Tierra", señaló Sullivan. "Podremos hacernos una mejor idea de los tipos virales que están ahí fuera, vamos a aprender cómo están vinculados en grupos y empezar a averiguar cuál es su verdadero impacto."

"Lo que aquí estamos haciendo es realmente una nueva marca dentro de la ciencia", añadió. "Aprovechamos todo lo que las ciencias de la vida moderna tiene que ofrecer. Aplicamos una diversidad sin precedentes de mediciones a la misma muestra, para entenderlo más a fondo, y utilizamos, por ejemplo, imágenes de vanguardia, las últimas técnicas de la oceanografía para el estudio del conjunto entero de genes y proteínas de un organismo".

Un laboratorio en un barco

A bordo del Tara Oceans, el dispositivo de muestreo ha llegado a la profundidad objetivo a cerca de 305 metros. Los sensores registran la profundidad, temperatura, salinidad y otros parámetros físicos, mientras que el operador de forma remota abre y cierra los tubos de muestreo, para recoger muestras de agua a profundidades definidas.

Una vez que las muestras son subidas al barco, Duhaime se pone a trabajar en el laboratorio de a bordo. Bombea el agua a través de densos filtros, capaces de capturar a los pequeños virus, entonces se concentra en su captura por los filtros, los codifica y procesa de manera única para su almacenamiento.

"En cada estación de muestreo, tenía probablemente unos 100 tubos individuales y filtros", dijo ella. "Hemos tenido nitrógeno líquido a bordo, donde poníamos las muestras que necesitábamos de congelado instantáneo".

Cada vez que el barco hacía escala en un puerto importante, un servicio de mensajería desde Alemania venía a recoger las muestras, los empaquetaba y enviaba al Laboratorio Europeo de Biología Molecular, en Alemania, para ser cuidadosamente registrados. A partir de ahí, las muestras eran distribuidas a los respectivos laboratorios de todo el mundo. "Queremos conseguir así todas las muestras de virus de todo el mundo", dijo Duhaime.

"El 90 por ciento de lo que miramos es probablemente nuevo para la ciencia", señaló Sullivan. "Si se secuenciaran todos los genes de una comunidad de virus del océano, la gran mayoría no coincidirían en nada con las bases de datos."

Puesto que sería prohibitivamente caro secuenciar los genomas de todos los virus obtenidos de cada lugar, en vez de eso, el grupo de Sullivan se orienta a un grupo particularmente abundante llamados fagos T4, una familia extendida de virus que infectan bacterias.

«Una vez que tengamos un panorama general de la diversidad de ese grupo, recogemos las 30 muestras principales para hacer un análisis más sofisticado, y hacer frente a preguntas como, “¿De qué manera su genoma puede variar en diferentes entornos?” Esperamos que los resultados de estos estudios de secuenciación del genoma nos diga mucho acerca de las razones genéticas de por qué este virus se encuentra en ese entorno en particular. Podremos empezar a mirar las causas de la diferenciación de nichos, y la razón por la que un tipo viral fue seleccionado para ese medio ambiente.»

Además de analizar los genomas virales, el laboratorio de Sullivan está desarrollando un nuevo método llamado microscopía cuantitativa de electrones, y conseguir controlar y catalogar la enorme diversidad de formas de virus del océano. "Incluso ese nivel de descripción es novedoso para los tipos de muestras que veremos", agregó Sullivan.

Alcance global de la población

Lo que comenzó como una iniciativa de unos pocos científicos en el proyecto de Tara Oceans se ha convertido en un consorcio mundial de más de 100 especialistas, entre oceanógrafos, ecologistas, biólogos y físicos de laboratorios de prestigio.

"Una de las bellezas de este proyecto es que no tenemos información de referencia sobre lo que hay ahí fuera", añadió. "Es difícil salir de un barco durante cinco años y aprender más cosas como las que hemos aprendido en Tara Oceans. Es una oportunidad para empezar realmente con lo más básico. Cualquier cosa puede pasar."

Los visitantes de UA's Biosphere 2 pueden obtener más información sobre la expedición Tara Oceans a través de una exposición realizada por los estudiantes y los miembros del laboratorio de Sullivan.


- Referencia: PhysOrg.com, 1 de marzo 2012 Por Daniel Stolte
- Fuente: Universidad de Arizona .
- Web Tara Oceans .
- Imagen 1) J.Girardot/Tara Expéditions -La goleta Tara Oceans. Imagen 2) El viaje de Tara Oceans. 3) V.Hilaire/Tara Expéditions -La Roseta. Imagen 4 ) Anna Deniaud/Tara Oceans -Melissa Duhaime filtrando virus de las muestras. 5) de Catherine Chabaud -Steffi Kandels organizando muestras

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