Bacterial and archaeal diversity in high altitude wetlands of the Chilean Altiplano
1. Dorador, C., Vila, I., Witzel, K.-P. & Imhoff, J. F. Bacterial and archaeal diversity in high altitude wetlands of the Chilean Altiplano. Fundamental and Applied Limnology / Archiv für Hydrobiologie 182, 135–159 (2013).
Abstract:
The microbial diversity of five unconnected high altitude (≥ 3800 m a.s.l.) wetlands from the Chilean Altiplano was analyzed by a culture-independent approach, using 16 S rRNA gene sequences of different microbial groups. The wetlands (Chungara Lake, Parinacota wetland, Piacota Lake, Salar de Huasco and Salar de Ascotan) differed in terms of habitat type and physicochemical properties. The bacterial communities of these systems were dominated by Bacteroidetes (24-94 % of the clones) and Proteobacteria (Alpha, Beta, Gamma and Delta subgroups) with smaller contributions by the Firmicutes, Actinobacteria, Planctomycetes, Verrucomicrobia, Chloroflexi, Cyanobacteria, Acidobacteria, Deinococcus-Thermus and Candidate Division WS3. Fourteen phylotypes matching Alphaproteobacteria were part of the marine Roseobacter clade, representing new clusters of this group. Archaeal diversity was much lower than that seen for bacteria, and was dominated by Euryarchaeota; however Crenarchaeota were also present. Considering the large differences in microbial community composition between sites and samples, the presence of eleven phylotypes common to two or more habitats is highlighted. The frequent presence of new taxa in different phylogenetic groups in the altiplanic wetlands studied here revealed the unique characteristics of Bacteria and Archaea in these fragile Andean ecosystems.
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El objetivo de este artículo es hacer una descripción de la diversidad de bacterias y archeas que se encuentran en los humedales del altiplano chileno, utilizando como marcador al rRNA 16S.
En el arículo, nos describen las características físicas de las 5 localidades que se muestrearon (Chungara Lake, Parinacota wetland, Piacota Lake, Salar de Huasco y Salar de Ascotan) de las cuales se tomaron muestras de agua y muestras del sedimento, para obtener de ahí las clonas que se secuenciarían.
En los resultados los autores muestran la diversidad que hay de bacterias y de archeas, así como los análisis filogenéticos realizados a partir de los filotipos obtenidos.
Finalmente el propósito del artículo era demostrar la presencia de nuevos taxa, con lo cual se demuestra que hay organismos que habitan en ambientes de características únicas en el altiplano chileno.
Este artículo es un reporte de la secuenciación de 5 muestras de lagos interiores en el altiplano de los Andes. Es más que nada un reporte de la caracterización filogenética de la comunidad de bacterias y arqueas, además de que se hacen algunas hipótesis ecológicas acerca de las adaptaciones de distintos grupos a distintas condiciones de concentraciones de sales, cantidad de luz y temperatura. Tiene una parte de los métodos muy detallada, esto me llamó la atención. Se hizo básicamente con 16S y con un método de examinar bandas de electroforesis mediante una matriz de presencia/ausencia. Entre los resultados interesantes se encuentran: 1) hubo una gran diversidad de secuencias 2) Hubo una señal de diferencia entre las muestras de los lugares que están en diferente lugar de forma geográfica, lo cual sugiere que la señal filogenética depende de la distancia; 3) Entre los grupos de bacterias más abundantes estuvieron Bacteroidetes, Proteobacteria y Firmicutes; aunque esto dependió del sitio. En muestras de otros lugares los grupos dominantes cambiaban, a veces siendo Gammaproteobacteria y Deltaproteobacteria. 4) Se descubrió un nuevo grupo de bacterias afín a Roseobacter; 5) Hubo una diversidad de secuencias parecidas entre sí menos del 97% aún mayor en Arqueas. En cuanto a la interpretación evolutiva, es importante resaltar que la separación geográfica infiere en el parecido de las muestras entre sí, y que esta comunidad es altamente diversa. No de extrañarse, se encontraron posibles nuevas variedades dentro de Halobacter (resistente a la sal) en las locaciones de Salar de Huasco y Salar de Ascotan. Los grupos abundantes están relacionados con procesos como la fotosíntesis anoxigénica y la reducción del sulfato, y los datos sugieren que la predominancia en cada sitio podría deberse a la variación local de las condiciones fisicoquímicas, aunque esto tendría que corroborarse en estudios futuros.
En este trabajo se analizó la diversidad de cinco humedales en el Altiplano chileno a partir de las secuencias del 16S rRNA de distintos grupos microbianos, encontrándose que estas comunidades se encuentran dominadas por Bacteroidetes y Proteobacterias principalmente. En estos ambientes, la disponibilidad de agua es un factor de gran relevancia, sin embargo esta región está sujeta a condiciones extremas de clima, condiciones fisicoquímicas, radiación solar, así como a un balance negativo de agua, es decir, presentan una mayor tasa de evaporación que de precipitación, lo cual en conjunto ha favorecido una alta diversidad microbiana.
Como ya se mencionó anteriormente, aquí se examinaron cinco humedales a lo largo del Altiplano y se analizaron las secuencias del 16S rDNA tanto de agua como sedimento, encontrándose un total de 188 clonas bacterianas para agua y 143 de sedimento. Empleando un valor de 97% de identidad sobre las secuencias se identificaron 61 filotipos de agua y 93 de sedimento. En lo que respecta a las clonas de arqueas, se encontraron 211 para agua y 255 para sedimento.
Como era de esperarse de un ambiente que comienza a ser explorado, una gran porcentaje de los filotipos encontrados presentan un índice de similitud menor al 97%, 36% para sedimento y 51% para agua, el cual como sabemos es el utilizado para definir especies bacterianas, sin embargo se pudieron asignar estas secuencias a grupos como Bacteroidetes, Proteobacterias, Firimicutes entre otros. De estos grupos encontrados, los Bacteroidetes fueron los únicos que estuvieron presentes en todos los sitios de estudio, sin embargo no fueron los más abundantes, pues las Proteobacterias comprendieron el 63% de los clones para agua y el 61% del sedimento.
Al observar los datos presentados en este trabajo, podemos darnos cuenta de la complejidad que implica el analizar siempre un nuevo ambiente, pues gran parte de la información que se logre obtener probablemente no pueda ser comparada con otros organismos, sin embargo podemos estudiar aquellos procesos evolutivos o presiones selectivas a las cuales están sujetas las comunidades de estudio para entender los procesos que están generando esta gran diversidad en un ambiente extremo.
Este trabajo realizado por Dorador y colaboradores en el 2012 tiene como objetivo caracterizar la comunidad microbiana y arquea de 5 humedales de chile caracterizados por estar en altitudes elevadas, que son representaciones de paleo lagos y tienen una historia geológica particular lo que brinda hábitats diversos para las comunidades y probables endemismos. Los muestreos del 16S ambiental, se realizaron en 5 localidades distintas con patrones contrastantes de características físico químicas. Lago de Chungara permanece en altitudes de > 4000 msnm tiene altas cantidades de nitrógeno y fosforo, Parinacota igual que el anterior se asemeja en la altitud tiene salinidad media de 108 mg/L y tiene elevadas entradas de nitrógeno y fosforo el lago de Piacota. Los últimos dos sitios, salar Huasco y salar Ascotan, son contrastantes a los anteriores y tienen características de ecosistema árido, altos niveles de sal que son muy fluctuantes y extremosos, altos niveles de nitrógeno y azufre. Las muestras fueron de sedimento y agua en cada localidad.
Se registraron 61 filotipos del agua y 93 de los sedimentos, de bacterias identificaron 36 filotipos en agua y 37 en sedimentos.
La mayoría de las secuencias de 16S rRNA fueron afiliadas a Bacteroidetes, Proteobacteris, Firmicutes, Verrucomicobia, Actinobacteria, Cianobacteria. Los humedales de Ascotan presentan planctomicetes, el lago de Chungara y Huasco tienen los generos de Psychroflexus y Flavobacterium que son encontrados en sistemas acuáticos fríos. Las gamma-proteobacterias fueron abundantes en las muestras de agua de Parincota y Huasca, relacionados con pseudomonas entre ellas Psychrobacter glancicola que se había registrado también en el hielo del océano antártico. Las Delta proteobacterias fueron grupos abundantes en los sedimentos de Parnicota y Ascotan, relacionada con bacterias reductoras de sulfato, Desulfobacterium y Desulfotignum. También en Parnicota se encontraba la cepa Geobacter bemidjien que está asociada a la reducción de Fe+3, y en Ascotan se encontraron bacterias reductoras de sulfato endosimbiontes de la lombriz. Los firmicutes fueron abundantes en el lago de Chungara aunque estuvieron presentes en todas las muestras. Se encontraron filotipos en el lago de Chungara y Huasco pertenecientes al grupo Rhodobacter es una bacteria purpura no sulfatante fototrofica que también se encuentra en la nieve del Himalaya. Mientras que los salar Huasco y Ascotan agruparon filotipos únicos que pertenecían a clados marinos, Roseobacter.
Las arqueas fueron dominantes con el grupo Halobacteriales en agua y sedimento en los salares, como grupo único en el lago Chungara fueron los Methanosarcinales.
Hay una mayor diversidad en los salares que en aquellos que son de agua continental. Sin embargo, la presencia de singulares condiciones fisicoquímicas de cada ambiente esta correlacionada de cierto filotipos de microrganismos que tienen funciones dentro de los ciclos biogeoquímicos por ejemplo el de nitrógeno junto con la presencia de bacterias diazotróficas como cianobacterias. Las comunidades son dinámicas dependiendo de los cambios por ejemplo de la salinidad por ejemplo en Huasca en verano cuando hay disponibilidad de agua dominan arqueas asignadas a grupos marinos y en invierno predominan las Halobacteriales como Halinobacter y Halanaerobium saccharolyticum. También la presencia de comunidades fototróficas esta correlacionada con los altos niveles de radiación que reciben estos ambientes y que encuentran diferentes nichos disponibles en los altiplanos. Las comunidades fototróficas ubicadas en biofilms no son hábitats permanentes pues están sujetos a una enorme variabilidad temporal y espacial. A pesar de las diferencias asociadas en la vegetación y parámetros ambientales y nutricionales de cada localidad se encontraron en común 11 filotipos asociados a Bacteroidetes, alfa-proteobacterias, Beta proteobacterias, Gamma y Delta- proteobacterias, los microrganismos multiadaptados están sujetos a fuertes fluctuaciones ambientales y esto probablemente dirige cambios en las poblaciones en función y diversidad. Sin embargo los bajos niveles de similitud que encontraron en las secuencias del 16S y los métodos utilizados me parecen que no son muy exactos para su objetivo de caracterizar la diversidad y encontrar probables clusters únicos debido a la baja resolución que ellos mismos mencionan. Y también a que la fluctuación de las comunidades hace que estos sean índices comparables en determinadas condiciones ambientales y puntos de muestreo.
Los humedales del altiplano chileno presentan un ecosistema interesante, siendo remanente histórico de pozas paleolíticas, su aislamiento, su origen no marino y las características físico químicas que poseen le dan particularidades a las comunidades microbianas que albergan (muestran alto grado de endemismo).
Las fluctuaciones que hay en la variación de clima (aunque mayormente es frío), radiación solar, balance negativo de agua, la salinidad, son factores que contribuyen con la gran diversidad microbiana pero guardando poca similitud con poblaciones de otros lugares. De tal manera que se plantea el estudio de la comunidad de bacterias y de archeas (de muestras de agua y sedimentos de estos humedales) a través de DGGE (para aprecia riqueza y similitudes en la composición de las comunidades entre humedales, se estudiaron 5 pozos) y usando librería de clonas del gen 16S rRNA (para apreciar riqueza de filotipos).
De acuerdo a los resultados del DGGE, los patrones de Chungara y Parinacota conforman un cluster diferente a los de Salar Huasco y Salar de Ascotan y diferencias significativas entre los patrones solo en muestras de agua del Chungara y Salar de Ascotan.
A través de las clonas del 16S rRNA, en el caso de bacterias se detectaron 61 filotipos de agua y 93 de sedimentos y de archeas 36 y 37 respectivamente. En ambos casos las curvas de rarefacción mostraron saturación, exceptuando la librería del Lago Piacota (con una posible subestimación de la riqueza taxonómica en la muestra). Así mismo, 51% de los filotipos bacterianos y 36% de archeas mostraron menos de 97% de similitud con secuencias registradas en GeneBank, por lo que resalta la interesante diversidad y presencia de grupos taxonómicos muy particulares.
La mayor parte de las secuencias de 16S rRNA se corresponden con Bacteroides (presentes en todos los sitios muestreados), Proteobacterias (poco más de 60% del total de clonas de muestras de agua y en sedimentos), Firmicutes, entre otros.
Igualmente, se identificaron miembros del clado Roseobacter con baja similitud de secuencia respecto a especies aceptadas dentro de este grupo, pero ocupan una posición filogenética dentro de éste, siendo así un nuevo cluster.
En el caso de archeas, la mayor parte de las clonas obtenidas pertenecen al grupo Euryarcheota.
Uno de los puntos clave de estos humedales es la alta concentración de sales, por lo que no sorprende que gran parte de los filotipos detectados son halófilos (bacterias y archeas) y hay gran diversidad de éstos.
Finalmente, la falta de similitud entre las poblaciones de estos humedales puede deberse desde las diferencias de las características físico-químicas de sus aguas, las diferencias de altitudes, hasta las distancias entre fosas (aunque compartan una historia geológica, con los movimientos geológicos y actividad volcánica diferente para sus sectores). Así, cada ambiente varía de acuerdo a su ubicación por lo que muestran esta gran diversidad microbiana.
Este es un claro ejemplo de un artículo descriptivo, sin ninguna hipótesis de trabajo bajo algún marco teórico, lo cual hubiera estado muy interesante. En trabajo Cristina Dorador y colaboradores, deciden describir la biodiversidad de arqueas y bacterias encontradas en agua y sedimento de cinco lagos del Antiplano de los andes, los cuales son lugares únicos, y en los que se esperaba encontrar una gran diversidad microbiana. Por medio de patrones de bandeo de DGGE y librerías de clonas de 16S, encuentran que los organismos en los sitios de muestreoson muy particulares: encontraron phylotipos únicos y compartidos entre cada sitio. Por medio de filogenias, observaron que los organismos de esto sitios se relacionan más entre ellos, que con los mismos organismos obtenidos de otros sitios. En general realizaron un análisis descriptivo a muy baja resolución, lo cual, como los autores indican, es un primer acercamiento a la diversidad encontrada en estos humedales, la cual promete ser muy basta, y heterogénea, siendo necesarios estudios más profundos para llegar a entender un poco más de esta biodiversidad.
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Bacterial and archaeal diversity in high altitude wetlands of Chilean Altiplano Dorador, C., Vila, I., Witzel, K.-P. & Imhoff, J. F. Bacterial and archaeal diversity in high altitude wetlands of the Chilean Altiplano. Fundamental and Applied Limnology / Archiv für Hydrobiologie 182, 135–159 (2013).
Los ambientes del altiplano poseen características especiales como la alta exposición a la radiación UV, desecación, salinidad, entre otras, que determinan de alguna manera la composición y estructura de estas comunidades. Aquellos lagos evaporíticos del altiplano chileno investigados en este estudio tienen un origen paleontológico. Se presenta un alto grado de endemismo en las localidades. Estudios previos de caracterización taxonómica en el altiplano se han hecho y han revelado la composición de grupos bacterianos como Cianobacteria, Bacteroidetes, Arquea, por mencionar algunos. La composición de especies de estos lugares se caracterizan por tener poco parecido o similitud con otros lugares del mundo. Este estudio provee información acerca de la diversidad de bacterias y arqueas de cinco humedales del altiplano chileno con condiciones fisicoquímicas contrastantes. Usaron PCR-DGEE y librerías de clonas de 16S rDNA. Se revelo una valiosa información de estos sitios tan poco estudiados dando cuenta de su extraordinaria y única composición de especies. Lo que vieron es que las localidades estudiadas eran diferentes entre sí en parámetros ambientales, así como la estructura y composición de especies. Me resulta interesante el nuevo clado de αProteobacteria que proponen ellos, por solo presentarse allí, eso estaría obligando a los investigadores a esforzarse por descubrir si se trata de endemismo de ese linaje o a caso este grupo es poco estudiado. Si se observaron diferencias entre los resultados obtenidos del análisis de la columna de agua y del sedimento, es decir, no solo los sitios son diferentes entre sí, sino también en cada sitio la comunidad de procariontes asociados a agua y a sedimento difieren también entre sí. Este tipo de ambientes son muy parecidos a los de Cuatro Ciénegas, es emocionante saber de la existencia de muchos más lugares para poder hacer estudios comparativos posteriores hacia la búsqueda de patrones de distribución y diversidad de estos organismos.
Se trata de un articulo donde se describe la diversidad de cinco cuerpos de agua en el Altiplano chileno, estos sitios presentan características fisicoquímicas y climáticas extremas (la radiación solar), por lo que los autores esperaban encontrar gran diversidad bacteriana.
Así utilizando patrones de bandeo de DGGE y librerías de clonas de 16S se encontró amplia diversidad tanto en las muestras de agua como en sedimentos y a este nivel cada sitio parece ser único. Los Bacteroidetes y Proteobacterias fueron los grupos dominantes en el estudio.
Este resulta ser un estudio exploratorio, más adelante sería interesante ver otro tipo de estrategias para analizar la diversidad de estos sitios incluyendo quizá algunos experimentos que permitan entender el por que de la diversidad.
Es un estudio en donde se observa gran diversidad de bacterias y arqueas entre distintos lugares del altiplano Chileno a más de 3800 msnm en Tierras húmedas Lago Chungara, Parinacota, Piacota y salados de Huasco y de Ascotan. El altiplano se caracteriza por basamentos evaporíticos de origen no marino, volcánico y sedimentario durante el periodo cuaternario, y con gran endemismo expuesto a variación climática extrema a varias escalas, en temperatura, salinidad, alta radiación y niveles de evaporación. La estrategia que se siguió fue análisis de DGGE en donde se reveló gran riqueza de especies por el número de bandas de donde se eligieron muestras para hacer bibliotecas de clonas (un total de 331 de agua y sedimentos) tanto de bacterias como arqueas para secuenciar los productos de PCR (capilar). Para determinar el parentesco se utilizó BLAST y el RDP, ARP bases de datos, para luego construir los árboles (máxima verosimilitud, similitudes de más del 97% fueron consideradas el mismo filotipo). Los humedales y lagos de Chungara y Parinacota agruparon diferente a los salados de Huasco y Ascotan, con diferencias significativas en pruebas estadísticas entre lago Chungara y el salado de Ascotan. Los resultados muestran claramente que existen grandes diferencias en la composición y abundancia relativa entre los lugares a distintos niveles taxonómicos, lo que refleja el alto grado de endemismos y condiciones ambientales particulares, además identificaron nuevos grupos de alfaproteobacterias dentro del clado de las Roseobacter (RCA-ALT-1, RCA-ALT-3, RCA-ALT-4). Y por ejemplo, fue más notorio la presencia de 11 filotipos comunes a dos o más hábitats lo que refleja gran diversidad y más bien poca similitud entre las comunidades. En el caso de las arqueas también se proponen nuevos filotipos en 15 grupos separados incluidos en Halo-ALT-4 y Halo-ALT-18. En conclusión es importante investigar la diversidad bacteriana en lugares no tan comunes o estudiados, con características locales ambientales que puedan describir nuevos grupos y bacterias adaptadas a condiciones particular.
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