mya metagenoma oncolito

6 comentarios

1. Victor Manuel Sosa Jiménez dice:

   8 mayo, 2013 a las 9:23 AM

   Control de lectura 51

   Metagenomic and stable isotopic analyses of modern freshwater microbialites in Cuatro Cienegas, Mexico Breitbar M. et al. Metagenomic and stable isotopic analyses of modern freshwater microbialites in Cuatro Cienegas, Mexico. Enviromental Microbiology (2009) 11(1), 16-34

   Combinando la secuenciación metagenómica y el análisis isotópico, este estudio describe a identidad, potencial metabólico y procesos químicos de comunidades microbianas de microbialitos vivientes de Cuatro Ciénegas. La secuenciación metagenómica reveló una comunidad microbiana dependiente de un gradiente redox asociado con los microbialitos. La comunidad de microbialitos es distinta a otras comunidades microbianas marinas y dulceacuícolas, demuestra la extensa adaptación ambiental. En este metagenoma se encuentran genes involucrados en la producción de sustancias exopoliméricas y la formación de biofilm que crea un ambiente complejo, espacialmente estructurado. La actividad microbiana está controlada por sistemas sensores y regulatorios que permiten la coordinación de procesos autotróficos y heterotróficos. Las mediciones isotópicas de materia orgánica intracristalina demuestra la importancia de la respiración heterotrófica de la biomasa fotoautotrófica en la precipitación de carbonato de calcio. La composición de la comunidad de Pozas azules fue principalmente heterotrófica en comparación a Rio mezquites que fue dominado principalmente por autótrofos (Cianobacteria). En ambos metagenomas se encontraron en menor proporción arqueas y algunas secuencias asociadas a eucariontes.
   Ensamblar las historias de los parámetros ambientales, composición de la comunidad, genes y resultados de análisis isotópicos es grandiosos pues nos da una panorámica integral de la dinámica de los microbialitos y cómo éstos resuelven sus necesidades, por ejemplo la falta de fósforo. En este caso se encuentra toda una maquinaria genética de sistemas de detección, captura, asimilación y almacenamiento de este tan valioso elemento. Se tienen todos los genes del ciclo del nitrógeno excepto los de nitrificación. Los hallazgos de la precipitación de carbonatos acoplados al ciclo del azufre es importante, pues el cambio en el potencial redox y pH a manera de gradiente en el microbialito nos hace entender como es que este mineral se precipita y litifica esta estructura. Además, este ciclo interviene en la degradación de exopolisacáridos. En cuanto al carbono se encontraron cosas interesantes como la presencia de genes reguladores de ciclos circadianos de las fotoautótrofas, con lo que pueden alternar la fijación de nitrógeno y la fotosíntesis. Diferentes tipos de pigmentos fotosintéticos pudiendo absorber luz a distintas longitudes de onda; además de diferentes genes de centros fotosintéticos y de los dos fotosistemas.
   Este paper es una visión muy integral de hacer ecología de comunidades con diferentes enfoques.

2. Lubianka dice:

   8 mayo, 2013 a las 9:55 AM

   Se analizaron dos metagenomas de Cuatro Ciénagas, uno del Rio Mesquites y uno correspondiente a Pozas Azules II. El estudio se basó en la combinación del análisis de los metagenomas en combinación con el análisis de isótopos estables con el fin de tener una mejor comprensión de la interacción de los procesos biogeoquímicos junto con los microbianos en la formación de los oncolitos.
   Dentro del potencial metabólico encontrado resalta de forma importante la participación de la microbiota de estos metagenomas en los ciclos de nitrógeno, fósforo y azufre, donde la formación de biofilms también parece tener una contribución importante en la manutención de un microambiente estable y en la formación misma de los oncolitos al contribuir en la precipitación de carbonato de calcio. Respecto al fósforo, la baja disponibilidad de fósforo en Cuatro Ciénagas lo hace un lugar interesante para estudiar el metabolismo de este elemento. En los metagenomas estudiados se encuentran muchos genes relacionados con este metabolismo, principalmente abundan los relacionados con el uso de sulfolípidos como lípidos de membrana.
   La formación de biofilms resulta importante pues esta asociación de la comunidad contribuye a formar un microambiente estable y este tipo de matriz contribuye a una mejor captación de nutrientes. Se detectaron genes relacionados con el gliding por quimiotaxis y motilidad flagelar en ambos metagenomas, junto con el loci Tad, importantes para la formación de biofilms. Junto con el hecho de que se han reportado bacterias que son capaces de producir abundante exopolisacáridos en ausencia de fósforo, en este ambiente con baja disponibilidad de este elemento resulta plausible el que se vea favorecido este proceso, que también permitiría tener localizado biogeoquímicos implicados en la biomineralización. En una matriz orgánica, como la generada con la comunidad microbiana, los exopolisacáridos se unen con iones calcio, pero conforme el metabolismo microbiano los degrada, por asociación con la fijación de dióxido de carbono los iones de calcio forman carbonato de calcio que precipita. El aumento de pH asociado a la fijación de CO2, como se ha visto que se debe a la gran contribución de cianobacterias (que también es uno de los mayores componentes en otros sistemas de oncolitos), promueve la fijación del carbonato de calcio. Otra contribución de las cianobacterias al sistema es la fotosíntesis, la oxigenación del microambiente (hay presencia de genes relacionados con la protección por estrés oxidativo) y la fijación de nitrógeno.
   La comunidad en sí resulta compleja pero muestra gran adaptación al ambiente que se crea en los oncolitos. Por ejemplo, contrastando estos metagenomas respecto a metagenomas de este tipo de formaciones pero de origen marino o de agua fresca, la composición metabólica es diferente (principalmente por la relación que se guarda con el metabolismo del fósforo en las condiciones de oligotrofia de Cuatro Ciénagas). Así mismo, de gran relevancia resulta el profundizar y analizar el impacto de la transferencia horizontal de genes entre la comunidad ya que al encontrarse una alta densidad celular en los biofilms, al destacar la presencia de fagos, entonces la transferencia de genes vía transducción debe jugar un papel importante. El estudio de esto en el intercambio de genes relacionados con el ciclaje denucleotidos, el metabolismo de fosfato, la síntesis de sulfolípidos, biosíntesis de folatos, entre otros, resultaría muy interesante.

3. Teresa Perez Carbajal dice:

   8 mayo, 2013 a las 11:13 AM

   Cuatro Ciénegas (CC) reconocida por su alto endemismo en la biodiversidad que es resultado de la aislación geográfica que ha mantenido. Esta diversidad la abarca una enorme cantidad de bacterias, arqueas, y virus. Estudios de diversos estromatolitos pertenecientes a Cuatro Ciénegas han mostrado nuevas comunidades microbianas. En general este tipo de comunidad está dominada principalmente por cianobacterias, bacterias heterotróficas, sulfato-reductoras, y bacterias fermentadoras.
   Este trabajo investiga sobre los procesos microbianos que ocurren en dos estromatolitos en CC a través de la secuenciación de sus metagenomas y comparación de diferentes rutas metabólicas entre ellos, apoyándose de análisis de istopos que es una técnica poderosa para vislumbrar su participación en los procesos químicos que se involucran en la precipitación del carbono.
   Los resultados del metagenoma mostraron que las comunidades de estromatolitos estaban ensambladas de manera que podían lidiar con la baja disponibilidad de fosforo y las altas concentraciones de nitratos y sulfatos, coordinando los procesos autotróficos y heterotróficos.
   Los resultados del metagenoma de Pozas azules, estromatolito 1, dominaban bacterias siendo más abundantes las bacterias heterotróficas. Por otro lado el metagenoma de Río de Mezquites, estromatolito 2 fue dominado por bacterias siendo más abundantes las cianobacterias.
   Un experimento prueba de aumentar el fosforo en los estromatolitos de Río de Mezquites mostró que la comunidad cambiaba drásticamente, abundando más diatomeas que cianobacterias, aunado a esto se elevó la producción biogenica de calcificación permitiendo una disminución en las radios de C:P Este cambio dentro de la estructura de la comunidad mostro que estos estromatolitos están adaptados a la escasa disponibilidad de fosforo y que utilizan distintos recursos para obtenerlo, muestra de ello fueron los operones encontrados en ambos metagenomas que están involucrados en la toma de fosforo, como enzimas hidroliticas activadas en inanición de fosforo, la presencia de los genes phoB y phoR pertenecientes al sistema regulatorio del fosforo, fosfatasa alcalina que es usada para remover grupos fosfatos de nucleótidos y proteínas. En general ambos tienen mayor abundancia y diversidad en genes involucradas en ciclaje del fosforo con respecto a otros estromatolitos. Otra estrategia que marca la diferencia es la presencia de genes involucrados en síntesis de sulfolipidos en vez de fosfolípidos, que contienen bacillus dentro de estos micobialitos.
   Ciclaje de nitrógeno
   Con respecto a la fijación de nitrógeno había genes de fijación y reducción, pero no se identificaron dentro de los metagenomas los que están involucrados con la nitrificación. La concentración del istopo N15 en disolución de nitrógeno inorgánico permaneció elevada en ambos estromatolitos siendo este un nutriente no limitante. También estaban involucrados la presencia de genes que codifican para la enzima reductasa de nitratos requerida para el desglose de asimilación del nitrato intraceluar.
   Ciclaje del sulfuro
   La importancia de la participación de genes y taxa involucrada en la asimilación del sulfuro también permiten un aumento en el pH que favorece la precipitación del carbono y por lo tanto la litificación del estromatolito. En ambos metagenomas hubo presencia de genes involucrados en la reducción del sulfuro pero no en la oxidación. Y los organismos solamente se restringían a ambientes anoxicos. Sin embargo, los estromatolito se originan en ambientes de abundante oxigeno existen microbios que secretan exopolimeros que crean biofilms en la superficie del microbiolito permitiendo el desarrollo de gradientes redox adecuados para la reducción del sulfato. Asi mismo estos exopolimeros interactúan con grandes cantidades calcio que permitirían de esta forma promover su precipitación. De los genes involucrados en el metabolismo para el reciclaje del azufre marcan dos vías siendo más abundante la vía arylsulfatasa en Pozas Azules que está involucrado en la desulfatacion de palisacaridos sulfatados que puede estar actuando sobre los exopolisacaridos. En ambos metagenomas están presentes genes que tienen que ver con la producción de biofilms, como el sistema de tranporte tad, estas comunidades están dentro de una matriz de EPS icluidos exopolisacaridos, DNA, proteínas conocido como biofilm que es producido por una amplia variedad de microorganismos incluyendo las dominantes de los metagenomas. Y la producción de esta matriz proveería nutrientes a estos microrganismos.
   En el ciclo de carbono es llevado a cabo por cianobacterias diazotroficas que alternan la expresión de sus genes para realizar la fotosíntesis y la fijación de nitrógeno, ambas cotroladas por genes que marcan los tiempos como un reloj circadino incluidos varios genes Psa y lo KaiA, KaiC. La medición de carbono disuelto es más abundante Pozas Azules que en Rio de Mezquites favoreciendo su origen de cada uno, marino y agua dulce.
   Ambos microbialitos están precipitando los minerales de carbono a través de una asociación con la respiración heterótrofa donde se vuelve a remineralizar el carbono autotrófico.
   Basados en estudios previos identificaron la presencia de virus y su probable participación en la transferencia horizontal de genes, que podría contribuir a la adaptación de las cepas bacterianas a este tipo de ambiente, pues esta la presencia de muchos genes que son auxiliares metabólicos, en el reciclaje de nucleótidos, metabolismo de fosfato, sulfolipidos y biofilm.

4. Yaxal Ponce dice:

   8 mayo, 2013 a las 1:23 PM

   En este trabajo lo que se hizo fue examinar los procesos microbianos entre dos microbialitos distintos de Cuatro Ciéngas (Rio Mesquites, RM, y Pozas Azules, PA) a partir de la combinación de dos estrategias, secuencias metagenómicas y análisis isotópicos. El análisis de la secuencias se llevó a cabo con el objetivo de identificar la comunidad microbiana presente en estos microbialitos, así como el potencial genómico con el que cuentan, mientras que el otro análisis se realizó por la capacidad que tiene para proporcionar información sobre los procesos biogeoquímicos.

   Al llevar a cabo el análisis metagenómico de las comunidades de los microbialitos se encontró que éstas difieren tanto en los grupos taxonómicos presentes como en su función, sin embargo en ambos las comunidades se encuentran coexistiendo en una matriz de exopolisacáridos. Al realizar una clasificación taxonómica más fina se encontró que ambos metagenómas están dominados por el dominio Bacteria con un 87% para Pozas Azules y 95% para Rio Mesquites, sin embargo para PA el 69% de las secuencias corresponden a bacterias heterotróficas, mientras que RM está representado en un 74% por cyanobacteria.

   Como bien sabemos, las pozas de Cuatro Ciénegas presentan bajos niveles de fosfato, por lo cual esperaríamos que los microorganismos de este sitio estén especialmente adaptados tanto para reutilizar el fosforo como a utilizar fuentes alternas de éste, lo cual es consistente con los genes involucrados con la asimilación y metabolismo de fosfato. Otra adaptación también relevante en lo que a la limitación de fosfato respecta, es el uso de sulfolípidos como lípidos de membrana en lugar de fosfolípidos, lo cual es consistente con los genes para la biosíntesis de los sulfolípidos encontrados en los metagenomas. Esta descripción continúa para lo que es el ciclaje de nirógeno, azufre así como para la formación de biofilms y EPS. Para el caso del nitrógeno no se encontró una clara señal de fijación de nitrógeno a pesar de la presencia de genes involucrados en este proceso, esto debido a que la fijación proceso es metabólicamente costoso.

   De este trabajo lo que se concluye es que la integración de dos herramientas, los metagenomas con una aproximación bioquímica, nos permite no solo conocer sobre la diversidad de las comunidades estudiadas, sino que también sirve de aproximación para conocer cómo están interactuando metabólicamente.

5. Valerie de Anda dice:

   15 mayo, 2013 a las 12:10 PM

   Este es un trabajo muy completo en donde hace uso de metagenómica y acercamientos isotópicos para investigar la identidad y las capacidades metabólicas de las comunidades microbianas asociadas a dos estromatolitos de Cuatro Cienegas Coahuila (CCC). Los sitios de muestreo se realizaron en dos sistemas acuáticos, los cuales presentan estromatolitos morfológicamente diferentes: oncolito de Río Mesquites y trombolito de Pozas Azules II. Ambos sitios cuentan con características fisicoquímicas y ecológicas diferentes, sin embargo coinciden en la limitación en fosforo (P) alto contenido en nitrógeno (N) y azufre (S). En los datos de composición taxonómica, se encontró que en ambos metagenomas, la comunidad microbiana es muy distinta, en general, en el trombolito dominan secuencias de bacterias heterótrofas, mientras que en el oncolito, se observa una mayor dominancia de cianobacterias. Además de esto, los estromatolitos están compuestos de diversos autótrofos y heterótrofos que interactúan de una manera muy estrecha, y los cuales incluyen bacterias, virus, eucariontes y arqueas. Aunado a la composición taxonómica, también se determinaron las funciones metabólicas haciendo una comparación con metagenomas previamente publicados de organismos de vida libre de ambientes marinos y de agua dulce. En consistencia con las características fisicoquímicas y estequiometrias de los sistemas acuáticos, fue lógico encontrar en los metagenomas una gran cantidad de genes para el metabolismo y asimilación de P, así como para utilizar fuentes alternativas del mismo. En cuanto al ciclaje del N,fue interesante descubrir que en ningún metagenoma encontraran genes de nitrificación, y tampoco se pudieron correlacionar los datos metagenómicos e isotópicos, para lo cual los autores sugieren que sería interesante determinar las tasas de fijación de nitrógeno, las firmas isotópicas y la expresión génica en las pequeñas escalas espaciales. En lo que respecta al ciclaje del S,se ligó la taxonomía y los genes del azufre con los resultados obtenidos de los datos isotópicos de la materia orgánica de los estromatolitos En general sus resultados son muy interesantes, y están ligados al proceso de biomineralización. Las aportaciones de estos autores, son consistentes con estudios anteriores que indican que las bacterias involucradas en la reducción del azufre (sulfato reductoras:SR) junto con la actividad fotoautótrofa de las cianobacterias promueven la precipitación de carbonato de calcio. Debido a la abundancia de sulfato en los sistemas acuáticos estudiados, así como la evidencia metagenómica que indica una gran abundancia de genes de sulfato reducción, asimilación de fuentes alternativas de S y una clara ausencia de genes involucrados en la oxidación de azufre, así como también la evidencia isotópica donde obtienen medidas fuertemente indicativas de sulfato reducción, en este trabajo se sugiere que este proceso esencial en el ciclaje del azufre, puede estar influenciando la precipitación de carbonato de calcio en los estromatolitos. En este trabajo se demuestra como el uso de la metagenómica comparada en conjunto con datos isotópicos de ciclaje de nutrientes (C,P,N,S), son vitales para entender un poco más acerca de la coordinación que se llevan a cabo en las comunidades microbianas de los estromatolitos de Cuatro Ciénegas.

6. Tobías Portillo dice:

   15 mayo, 2013 a las 3:33 PM

   Este es un estudio bastante completo de la dinámica funcional del ecosistema formado en los estromatolitos de Cuatro Ciénegas. Básicamente la estrategia fue analizando el metagenoma a partir de pirosecuenciación de fragmentos pequeños y análisis con isótopos para estudiar los flujos y ciclos del carbono (C), fósforo (P) y nitrógeno (N) en la comunidad. Se identifica una diferencia con respecto a otras comunidades de ambientes marinos y de agua dulce, con una importante adaptación a las condiciones particulares con bajo contenido de nutrientes y con el P principalmente como un factor limitante. Es interesante cómo el metabolismo se adapta y es crítico para el proceso de mineralización de los estromatolitos, en donde hay una gran diversidad de genes que favorecen un sistema redox que conlleva a la precipitación de calcio. También es notorio que la composición es bastante diferente en los dos ambientes Pozas Azules y Río Mezquites a distintos grupos y niveles taxonómicos pero en donde se identifica una sobrerepresentación de funciones relacionadas con el P (por ejemplo enzimas para remover grupos fosfatos o quelantes) y de genes de señalización o transportadores relacionados con el reciclamiento y formación de las biopelículas a través de la matriz de exopolisacáridos (EPS). Estas últimas también participando en el mismo proceso de mineralización, precipitación y con sus respectivos genes responsables de la degradación y utilización del azufre (S) a partir de los EPS (lo que favorece la precipitación de compuestos unidos al calcio). Un proceso que está acoplado a los metabolismos autótrofos y heterótrofos de la comunidad en su conjunto. En cuanto a los fago se considera que pueden jugar un papel relevante en la transferencia horizontal de los genes lo que pudiera estudiarse más adelante con detalle.

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