Descifrar la dinámica de las comunidades microbianas
La microbiota, la comunidad de bacterias, hongos y protistas(se abrirá en una nueva ventana) que viven en y sobre los organismos superiores, desempeña un papel fundamental en la salud de sus huéspedes. Esos diminutos organismos contribuyen a las funciones vitales de plantas y animales, pero en determinadas condiciones también pueden causar daños. Una mejor comprensión del holobionte, la red de complejas interacciones entre huésped y microbiota, ofrece un nuevo método para proteger los sistemas alimentarios. El proyecto DeCoCt(se abrirá en una nueva ventana), financiado por el Consejo Europeo de Investigación, aprovechó herramientas de estudio de la genética y un amplio conjunto de datos longitudinales asociados a «Arabidopsis thaliana», una planta muy estudiada de la familia de la mostaza, para comprender mejor cómo las comunidades microbianas pueden proteger los cultivos.
Estabilidad microbiana
Las comunidades microbianas suelen incluir patógenos facultativos, organismos que suelen coexistir de forma inofensiva con el huésped pero que pueden causar enfermedades en condiciones de estrés. Una hipótesis central del proyecto era que las comunidades microbianas estables confieren resiliencia al huésped. Las condiciones estresantes incluyen temperaturas y humedades extremas. Los investigadores estudiaron cómo estos factores externos, combinados con la genética del huésped y las interacciones bióticas, provocan variaciones perjudiciales en la comunidad microbiana. El equipo de DeCoCt analizó un conjunto de datos de una década de «Arabidopsis thaliana» en condiciones de campo junto con datos de satélite de alta resolución relevantes para las condiciones ambientales. «Una idea central es que la estabilidad y la persistencia en la microbiota son propiedades emergentes, moldeadas por las interacciones entre los microbios, el huésped y las condiciones ambientales. La composición de la microbiota es el resultado de un equilibrio dinámico de presiones internas y externas», afirma el coordinador del proyecto, Eric Kemen, de la Universidad de Tubinga(se abrirá en una nueva ventana).
Análisis de la dinámica de la microbiota
El holobionte es un sistema complejo. Las dinámicas clave se producen a nivel celular o químico y los científicos deben tener en cuenta esas interacciones minúsculas para probar sus hipótesis. Para ello, el equipo de DeCoCt empleó una serie de modelos y técnicas de aprendizaje automático y análisis genético. El proyecto combinaba estudios de campo plurianuales y experimentos de laboratorio gnotobióticos en que se controlaban los microorganismos. Los microbios se perfilaron mediante una técnica genética denominada secuenciación de amplicones, que permitió a los científicos rastrear los organismos a lo largo del tiempo y de los compartimentos vegetales. Otras técnicas para estudiar las características celulares y moleculares de la microbiota fueron la secuenciación del genoma completo, la metabolómica y la proteómica. Se utilizaron redes de ocurrencia conjunta microbiana y modelos lineales para evaluar las respuestas microbianas, mientras que el aprendizaje automático y el filtrado basado en redes se emplearon para seleccionar candidatos microbianos para sistemas gnotobióticos. Este método polifacético dio resultados positivos. «Gracias a la integración de diez años de datos sobre el microbioma y el hospedador, ahora podemos priorizar los microbios de gran relevancia ecológica, los que persisten en distintas estaciones y lugares, además de contribuir a la estabilidad de las comunidades microbianas asociadas a las plantas», explica Kemen.
Comunidades microbianas sintéticas
Para comprender mejor los factores que impulsan la dinámica de los holobiontes se precisan conocimientos muy precisos. Dichas técnicas han allanado el camino para manipular la microbiota de forma que promueva la salud de las plantas. El equipo de DeCoCt sembró comunidades microbianas sintéticas con un conjunto básico de microbios, incluidas especies de «Pseudomonas», para la protección de las plantas. Se comprobó la capacidad de determinadas cepas de «Pseudomonas» para estabilizar las comunidades y suprimir el comportamiento antagonista. Sin embargo, sus efectos dependían del contexto y variaban con la composición de la comunidad. Además de sembrar comunidades microbianas sintéticas en «Arabidopsis thaliana», el equipo de DeCoCt estudió el comportamiento de esas comunidades en «Lotus corniculatus», una leguminosa. Aunque las aplicaciones en cultivos no entraban en el ámbito del proyecto, los planteamientos de DeCoCt se están estudiando en plantas de arroz a través de colaboraciones en curso. Los conjuntos de datos y el marco conceptual del proyecto son muy prometedores para garantizar un futuro sano y estable a la producción de alimentos.