La contaminación por metales pesados como fuente de variación en la funcionalidad y composición del microbioma del suelo
La contaminación por metales pesados (MPs) afecta la funcionalidad y diversidad de los ecosistemas del suelo, sim embargo, aún no está elucidado como cambia la funcionalidad de una comunidad microbiana en cuanto a la expresión de su perfil de proteínas por la perturbación de la contaminación por MPs. Por lo tanto, el objetivo del trabajo fue evaluar el impacto de los MPs en la estructura microbiana del suelo, así como las funciones relacionadas con el metabolismo, así como los mecanismos involucrados en su adaptación a ambientes contaminados. La contaminación por metales pesados (MPs) afecta la funcionalidad y diversidad de los ecosistemas del suelo, sim embargo, aún no está elucidado como cambia la funcionalidad de una comunidad microbiana en cuanto a la expresión de su perfil de proteínas por la perturbación de la contaminación por MPs. Por lo tanto, el objetivo del trabajo fue evaluar el impacto de los MPs en la estructura microbiana del suelo, así como las funciones relacionadas con el metabolismo, así como los mecanismos involucrados en su adaptación a ambientes contaminados.
La metodología de este estudio consistió en la contaminación de muestras de suelo con una combinación de Pb, Zn y Cd, y se tomaron muestras del control y a tiempo 0, 40 (consolidación del suelo), 55 (respuesta temprana) y 160 días (respuesta tardía a la exposición a largo plazo) post-inoculación. Se midieron la abundancia total de células (n° células/g suelo) y la abundancia de bacterias (n° bacterias/g suelo) con el ensayo de FISH, además realizaron ensayos de ecotoxicidad para el nematodo Caenorhabditis elegans y, por último, se realizó un perfil taxonómico para un análisis predictivo del metagenoma, con la amplificación de la región variable V3-V4 del gen 16S rRNA mediante la plataforma illumina MiSeq y con la herramienta PICRUSt.
En los resultados destacamos que hubo una disminución tanto de abundancia total de células como de abundancia de bacterias bajo las condiciones de contaminación por MPs, se corroboró la ecotoxicidad por MPs en el nematodo ya que todos los parámetros considerados fueron afectados. Para la composición de la comunidad bacteriana se analizaron un rango de numero de corridas de 126432 a 666095 para generar OTU’s mediante CLC Microbial Genomics Module y la base de datos Greengenes.
Se encontraron perfiles similares para las diferentes horas de exposición lo que sugiere una diversidad similar según el índice de Shannon. En el control se identificaron 28 phyla de bacterias siendo únicamente 9 aquellos en mayor abundancia, <0.5%, Proteobacteria, Verrucomicrobia, Firmicutes y Actinobacteria. Del phylum Proteobacteria los taxa más dominantes fueron Alphaproteobacteria (35%), Betaproteobacteria (24%) y Gammaproteobacteria (31%). El análisis de la comunidad microbiana en contaminación por MPs mostró un rango de 19-27 phyla de bacterias donde la respuesta temprana obtuvo en menor número de phyla. Únicamente 9 phyla obtuvieron una abundancia relativa >0.5% en todas la s muestras de suelo tratadas con MPs, Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Verrucomicrobia, Bacteroidetes, y Acidobacteria, estos resultados sugieren que existe una presión selectiva en el microbioma del suelo, y la composición bacteriana varía dependiendo del tiempo de exposición. Las cuatro clases más abundantes de Proteobacterias (Alpha-, beta-, gamma-, y delta-Proteobacteria) decrecieron a los 160 días de exposición a metales pesados, se observó un patrón similar en el phylum Actinobacteria con las clases Actinobacteria y Streptomyces, sin embrago, la evidencia más importante del impacto por MPs fue en las clases Clostridium (disminuyó) y Bacilli (aumentó).
La anotación utilizando el KEGG mostró 236 funciones predichas en los microbiomas expuestos a MPs, el las muestras de suelo las funciones anotadas más representadas fueron aquellas involucradas con el procesamiento de la información genética con la subcategoría de transporte de membrana y rutas metabólicas con las subcategorías de carbohidratos y aminoácidos; en los suelos tratados con MPs las funciones anotadas más representadas fueron aquellas involucradas con el procesamiento de la información genética con la subcategoría de replicación y reparación, procesamiento de información ambiental con la subcategoría de transporte de membrana. Estos resultados indican una disminución en la abundancia relativa de funciones relacionadas con el metabolismo energético, principalmente en la fosforilación oxidativa, biosíntesis de glucanos, como biosíntesis de proteínas de lipopolisacáridos y biosíntesis de lipopolisacáridos sin embrago, muchas otras funciones fueron enriquecidas como las involucradas en el procesamiento de información ambiental con los transportadores ABC, procesamiento y señalización celular con la germinación, esporulación y otros transportadores acoplados a iones, y procesamiento de la información genética con los factores de transcripción.
Figura. A) Las categorías funcionales más abundantes obtenidas utilizando PICRUSt para muestras en diferentes tiempos de incubación (base de datos KEGG en el nivel 2). B) Diferencias significativas en el subsistema funcional encontrado utilizando el software STAMP entre las muestras HM-T1 y HM-T3, y C) entre las muestras HM-T1 y HM-T4. El gráfico muestra los subsistemas con diferencias significativas entre la proporción de secuencias en cada tratamiento, con un intervalo de confianza del 95%.
En conclusión, existe una alta toxicidad pro MPs en los organismos del suelo que se ve reflejados cambios filogenéticos y funcionales los cuales pueden ser indicadores de la sensibilidad de la calidad del suelo y resistencia del ecosistema y la exposición a largo plazo permitió que las bacterias se adaptaran a las condiciones ambientales y lograr un nuevo equilibrio en el suelo.
REFERENCIA: Fajardo, Carmen & Costa, Gonzalo & Nande, Mar & Botías, Pedro & García-Cantalejo, Jesús & Martín, Margarita. (2018). Pb, Cd, and Zn soil contamination: Monitoring functional and structural impacts on the microbiome. Applied Soil Ecology. 135. 10.1016/j.apsoil.2018.10.022.
