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Chemistry of Sponge Microbiomes

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Arrojar luz sobre las esponjas de la «zona crepuscular» y sus cohabitantes microbianos

Unos descubrimientos pioneros sobre unas esponjas poco estudiadas que viven en los confines más alejados de la luz solar podrían abrir las puertas a una plétora de nuevos compuestos bioactivos.

Investigación fundamental icon Investigación fundamental

Los organismos vivos son una rica fuente de productos naturales que pueden beneficiar a los seres humanos. Los productos farmacéuticos, nutracéuticos y cosméticos se encuentran entre los muchos productos básicos con una funcionalidad cada vez más natural y mejorada gracias a las biomoléculas. Con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie (MSCA, por sus siglas en inglés) y métodos genómicos de alta tecnología, el proyecto COSMos ha aportado un conjunto de datos sin precedentes que señala al potencial de los productos naturales derivados de esponjas mesofóticas poco estudiadas y de los microorganismos que viven en ellas.

Estudio detallado de la inexplorada zona mesofótica

Según Michelle Schorn, beneficiaria de una beca individual MSCA en el laboratorio de Detmer Sipkema en la Universidad de Wageningen: «Las esponjas son conocidas por su increíble diversidad química y sus ricos microbiomas (microorganismos que viven en las esponjas), que proporcionan sistemáticamente los productos naturales más novedosos de todos los invertebrados marinos». Las esponjas son recolectadas sobre todo por buceadores en aguas poco profundas. La zona mesofótica, cuyo nombre significa «zona a media luz» y que está situada a entre 30 y 150 m por debajo de la superficie del agua, es de difícil acceso y ha sido poco explorada. Una oferta fortuita de Adriaan Schrier, de la Substation Curaçao, para unirse a una expedición de muestreo con el objetivo de muestrear la zona mesofótica tuvo como resultado unas sesenta valiosas muestras de esponjas mesofóticas.

Genomas ensamblados a partir de metagenomas y grupos de genes biosintéticos

Schorn se puso a trabajar empleando la secuenciación del metagenoma, un método de análisis genómico independiente del cultivo que permite el análisis de los genomas combinados de organismos que coexisten en una comunidad mediante la construcción de genomas ensamblados a partir de metagenomas (MAG, por sus siglas en inglés). La investigadora utilizó la secuenciación del metagenoma para centrar sus «lentes» en grupos de genes biosintéticos (grupos de genes agrupados físicamente que codifican enzimas que trabajan juntas para formar moléculas o estructuras químicas) responsables de la mayoría de los productos naturales. «Menos del 1 % de nuestros grupos de genes biosintéticos se correspondían con los conocidos, lo cual destaca la novedad de nuestro conjunto de datos», afirma Schorn. Sipkema añade: «Fue sorprendente comprender que casi todas las especies de esponja que viven a 150 m de profundidad son diferentes de las que vemos en las aguas poco profundas». El equipo de COSMos analizó los metagenomas de cinco esponjas mesofóticas, sus simbiontes microbianos y su potencial biosintético como producto natural. Desde que el proyecto finalizó, se han secuenciado trece esponjas más. A partir de los 5 metagenomas originales, se ensamblaron 435 MAG, es decir, 435 genomas de microorganismos no cultivados. Por tanto, COSMos ha brindado a la comunidad científica una mirada sin precedentes a las capacidades genómicas de los simbiontes de las esponjas mesofóticas. Además de los datos genómicos, que serán de acceso público, se han identificado miles de grupos de genes biosintéticos.

De los genomas a la producción de moléculas: la expresión heteróloga

«Por primera vez, hemos podido observar las comunidades microbianas de estas esponjas mesofóticas poco estudiadas y descubrir nuevos tipos de grupos de genes biosintéticos. Al vincular los genes a sus productos moleculares, estamos empezando a descifrar el lenguaje químico de los habitantes de las esponjas», añade Schorn. Ahora, Schorn se centra en la expresión heteróloga de grupos de genes biosintéticos conocidos y recientemente identificados. Rara vez se ha logrado con éxito la expresión heteróloga a partir de bacterias no cultivadas, pero eliminaría la necesidad de recolectar inmensas cantidades de animales y permitiría la producción sostenible a gran escala. «Si también descubrimos una molécula con aplicaciones terapéuticas, eso destacará la necesidad de preservar áreas poco estudiadas del océano como la zona mesofótica», agrega Schorn. Al desvelar las capacidades genómicas ocultas en las enigmáticas esponjas mesofóticas, Schorn y Sipkema están superando los límites de la investigación y las aplicaciones de los productos naturales marinos.

Palabras clave

COSMos, esponja, mesofótica, grupos de genes biosintéticos, metagenoma, expresión heteróloga, MAG, genomas ensamblados a partir de metagenomas, microbioma

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