El océano es el hábitat más grande del mundo, pero gran parte de su biodiversidad aún se desconoce. Un estudio publicado en Frontiers in Science marca un avance significativo, al presentar la base de datos más grande y completa de microbios marinos hasta la fecha, comparada con su función biológica, ubicación y tipo de hábitat.
por Frontiers
«El KMAP Global Ocean Gene Catalog 1.0 es un salto hacia la comprensión de la diversidad total del océano, que contiene más de 317 millones de grupos de genes de organismos marinos de todo el mundo», dijo la autora principal 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 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».
Una hazaña de innovación tecnológica y colaboración científica
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».
Una gran cantidad de aplicaciones científicas e industriales.
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.
Hacia un genoma oceánico global
El KMAP Ocean Gene Catalog 1.0 es un primer paso hacia el desarrollo de un atlas del genoma oceánico global, que documentará cada gen de cada especie marina en todo el mundo, desde bacterias y hongos hasta plantas y animales.
«Nuestro análisis destaca la necesidad de continuar tomando muestras de los océanos, centrándose en áreas que no están suficientemente estudiadas, como las profundidades del mar y el fondo del océano. Además, dado que el océano está cambiando constantemente, tanto debido a la actividad humana como a los procesos naturales, el catálogo necesitará una actualización continua», afirmó Laiolo.
Duarte advierte que a pesar de su claro beneficio, el futuro del catálogo es incierto. Un obstáculo importante es el estado de la legislación internacional sobre la participación en los beneficios de los descubrimientos realizados en aguas internacionales.
«Si bien el Tratado de Alta Mar de 2023 ofrece algunas soluciones, puede impedir inadvertidamente la investigación al reducir los incentivos para que las empresas y los gobiernos inviertan. Esa incertidumbre debe resolverse ahora que hemos llegado al punto en que las tecnologías genéticas y de inteligencia artificial podrían desbloquear innovación y avances en biotecnología azul», concluyó.
Más información: Elisa Laiolo et al, Investigación metagenómica hacia un atlas de los fundamentos taxonómicos y metabólicos del genoma oceánico global, Frontiers in Science (2024). DOI: 10.3389/fsci.2023.1038696
