Más de 317 millones de grupos de genes se han incluido en la mayor y más completa base de datos de microbios marinos hasta la fecha, comparada con su función biológica, ubicación y tipo de hábitat.
El KMAP Global Ocean Gene Catalog 1.0 es un salto hacia la comprensión de la diversidad total del océano, asegura la autora principal del nuevo estudio Elisa Laiolo, de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST) en Arabia Saudita. “El catálogo se centra en los microbios marinos, que tienen un gran impacto en la vida humana a través de su influencia en la salud de los océanos y el clima de la Tierra”. El avance se publica en Frontiers.
El catálogo está disponible gratuitamente a través de la Plataforma de Análisis Metagenómico de KAUST (KMAP)”, añadió el autor principal del estudio el profesor Carlos Duarte, miembro de la facultad de KAUST. “Los científicos pueden acceder al catálogo de forma remota para investigar cómo funcionan los diferentes ecosistemas oceánicos, rastrear el impacto de la contaminación y el calentamiento global y buscar aplicaciones biotecnológicas como nuevos antibióticos o nuevas formas de descomponer los plásticos; las posibilidades son infinitas”.
Los investigadores han estado mapeando la biodiversidad marina durante cientos de años, pero se han enfrentado a varios desafíos para crear un atlas completo de la vida oceánica. Una es que la mayoría de los organismos marinos no pueden estudiarse en un laboratorio. La llegada de las tecnologías de secuenciación de ADN superó esto al permitir identificar organismos directamente en el agua y los sedimentos del océano.
“Dado que cada especie tiene su propio conjunto de genes, podemos identificar qué organismos se encuentran en una muestra del océano analizando su material genético”, explicó Laiolo. “Dos avances tecnológicos han hecho esto posible a escala.
“El primero es el enorme aumento de la velocidad y la disminución del coste de las tecnologías de secuenciación del ADN. Esto ha permitido a los investigadores secuenciar todo el material genético en miles de muestras oceánicas. El segundo es el desarrollo de una potencia computacional masiva y de tecnologías de inteligencia artificial, que permitan analizar estos millones de secuencias”.
El equipo utilizó KMAP para escanear secuencias de ADN de 2.102 muestras oceánicas tomadas en diferentes profundidades y lugares de todo el mundo. Esta infraestructura informática avanzada identificó 317,5 millones de grupos de genes, de los cuales más de la mitad podrían clasificarse según el tipo de organismo y la función genética. Al comparar esta información con la ubicación de la muestra y el tipo de hábitat, el catálogo resultante proporciona información sin precedentes sobre qué microbios viven, dónde y qué hacen.
“Este logro refleja la importancia crítica de la ciencia abierta”, dijo Duarte. “La creación del catálogo sólo fue posible gracias a ambiciosas expediciones de navegación globales donde se recolectaron las muestras y al intercambio del ADN de las muestras en el Archivo Europeo de Nucleótidos de acceso abierto. Continuamos estos esfuerzos de colaboración haciendo que el catálogo esté disponible gratuitamente”.
El catálogo ya ha revelado una diferencia en la actividad microbiana en la columna de agua y el fondo del océano, así como un sorprendente número de hongos que viven en la zona mesopelágica “crepuscular”. Estos y otros conocimientos ayudarán a los científicos a comprender cómo los microbios que viven en diferentes hábitats dan forma a los ecosistemas, contribuyen a la salud de los océanos e influyen en el clima.
El catálogo también sirve como base para rastrear el efecto de los impactos humanos como la contaminación y el calentamiento global en la vida marina. Y ofrece una gran cantidad de material genético que los investigadores pueden escanear en busca de genes nuevos que podrían usarse para el desarrollo de fármacos, energía y agricultura.
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