Descubrir el potencial oculto de los microbiomas marinos
Un litro de agua de mar contiene miles de millones de bacterias, virus, fitoplancton y protistas que, en conjunto, forman complejos microbiomas marinos. Estas comunidades microscópicas sustentan los ecosistemas marinos y constituyen una fuente inmensa pero aún poco aprovechada de enzimas, compuestos bioactivos y otras moléculas de interés. Sin embargo, aprovechar el potencial de estas comunidades microbianas en aplicaciones farmacéuticas y cosméticas y en la recuperación ambiental ha dependido tradicionalmente de métodos de bioprospección lentos, que consumen una gran cantidad de recursos y pueden ejercer una presión innecesaria sobre los ecosistemas marinos.
Un proceso de descubrimiento más sostenible de la biodiversidad marina
En el proyecto BLUETOOLS(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos, se buscaba abordar estas limitaciones rediseñando todo el proceso de descubrimiento. En lugar de basarse principalmente en muestreos repetidos y cribados de laboratorio a gran escala, el equipo integró en un único flujo de trabajo interoperable el muestreo dirigido, la metagenómica, estrategias innovadoras de cultivo en miniatura, la bioinformática y la evaluación de la sostenibilidad. «Nuestro objetivo era obtener la mayor cantidad posible de información a partir de una cantidad mucho menor de material. La mayoría de las muestras analizadas durante el proyecto procedían de las colecciones de los socios, por lo que pudimos aprovechar al máximo su valor científico sin causar alteraciones innecesarias en el medio ambiente», explica Aurelio Hidalgo, coordinador del proyecto. El consorcio generó más de 1 Tbp (terapares de bases) de datos de secuenciación metagenómica, que se podrán utilizar en investigaciones futuras. Además, los investigadores miniaturizaron los ensayos de cribado funcional hasta realizarlos en gotas de escala picolítrica, con lo que redujeron la cantidad de muestra y el consumo de reactivos, así como los residuos de laboratorio. En este sentido, se calcula que la nueva plataforma es unas cuatrocientas veces más eficiente que el cribado robótico convencional.
Del descubrimiento a la aplicación
Uno de los principales logros de BLUETOOLS consistió en integrar en una plataforma de bioprospección tecnologías que se suelen utilizar por separado. La combinación de aprendizaje automático, biología sintética, microfluídica de gotículas y bioinformática avanzada agilizó la identificación y validación de funciones biológicas de interés presentes en los complejos microbiomas marinos. Los investigadores identificaron más de quinientas enzimas hasta entonces desconocidas con posibles aplicaciones industriales. Estas enzimas podrían sustituir a los catalizadores químicos convencionales en procesos biocatalíticos más selectivos y respetuosos con el medio ambiente. El equipo de BLUETOOLS desarrolló un https://doi.org/10.1093/nar/gkae1115(se abrirá en una nueva ventana) conjunto de herramientas metagenómicas con el que se identificaron más de cuarenta enzimas capaces de degradar polímeros, ocho consorcios microbianos con esta misma capacidad y una serie de compuestos antimicrobianos candidatos con posibles aplicaciones sanitarias y en tecnologías antiincrustantes marinas. También se descubrieron más de cuatro mil grupos de genes biosintéticos candidatos que podrían constituir futuras fuentes de productos naturales de interés. Por último, se desarrollaron distintas plataformas de cultivo, desde gotas microscópicas hasta biorreactores de mayor tamaño, para estudiar las comunidades microbianas en diversas condiciones ambientales.
Un marco sostenible para el biodescubrimiento marino
Más allá de los descubrimientos concretos, en BLUETOOLS se creó un marco integral que puede seguir apoyando tanto la investigación como la innovación industrial una vez finalizado el proyecto. El consorcio está validando las enzimas, los genes de resistencia, los compuestos antimicrobianos y los sistemas de degradación de polímeros más prometedores, y evaluando su comportamiento ambiental mediante análisis del ciclo de vida. Este enfoque ayudará a determinar qué tecnologías presentan ventajas reales en términos de sostenibilidad y cuáles deben optimizarse antes de su comercialización. Los resultados de BLUETOOLS muestran que es posible avanzar en la innovación científica y, al mismo tiempo, proteger los ecosistemas oceánicos. La nueva forma de estudiar los microbiomas marinos abre oportunidades para descubrir soluciones aplicables a la salud, la industria y la sostenibilidad ambiental. «Nuestro principal legado es haber demostrado que el biodescubrimiento del futuro debe generar tanto valor económico como responsabilidad ecológica, un planteamiento que denominamos “econología”», concluye Hidalgo.
