sábado, 13 de octubre de 2012

Bacterias en los polos y en el mundo. (enfadómica antropocéntrica)

Antarctic iceberg - Amundsen Sea in West Antarctica on Wednesday, Oct., 21, 2009 Wikipedia.


 Estamos en la época de las -omicas lo que hablando de microorganismos viene a ser la microbiómica, y la metagenómica. 

 Ya he hablado numerosas veces, por ejemplo aquí, de lo que estas disciplinas estudian...pero por si acaso lo resumo en pocas palabras.  La metagenómica de un lugar es básicamente la secuenciación masiva de toda la información genética que existe en dicho sitio.  La microbiómica consistiría en recoger todas las bacterias de cierto lugar y analizar toda la información genética (ARN 16s también, para taxonomía) que encontremos. 

La técnica se basa principalmente en la secuenciación masiva de 2ª o 3ª generación, llamadas NGS. Bueno no es tan simple, hay muchos más procesos...pero bueno tampoco es momento de entrar en detalle.  

La metagenómica tiene ventajas, muchas. Nos permite describir de forma ultra rápida la presencia de todo tipo de bacterias en un lugar, incluso de todas esas que no crecen, o mejor dicho, que no somos capaces de hacer crecer en un laboratorio.  Nos informa de la presencia de todos los genes existentes, incluso de los que no están en uso. Y todo ello de una forma bastante "sencilla", sobre todo si lo comparamos con tener que hacer crecer en medios selectivos, diferenciales, aislar, volver a aislar, e identificar una por una. 

Pero también tiene problemas, problemas asociados a nuestra propia limitación humana, y es que tenemos que interpretar lo que nos da la máquina.   Si un análisis arroja presencia de genes relacionados con la actividad nitrogenasa, no podemos afirmar que la muestra está llena de fijadores.  Si una muestra no contiene determinados genes...es posible que si que estén, pero que el procesado de la información no fuese el adecuado.

Las bacterias en la Antártida y en el Ártico.  

Con la fibre de la metagenómica, los científicos decidieron analizar el microbioma/metagenoma de todo lo que se les pusiera delante, el microbioma intestinal, el microbioma del arroz, o incluso el del inodoro

Era lógico que algún grupo decidiera estudiar el microbioma de los polos, y ocurrió.  Hablé sobre ello hace casi un año.  


Los científicos realizaron análisis de microorganismos en distintas zonas, dividiendo las tomas entre aguas superficiales y aguas profundas. Vieron que los microorganismos recogidos podían dividirse en dos grandes grupos, los "raros" y los "abundantes".
Aunque podríamos pensar que lo raro no siempre debería serlo...así fue. Y durante los distintos muestreos se vio que ni el cambio de temperatura durante las distintas estaciones, ni la diferencia de lugar convertía a los microorganismos raros en abundantes*. Prácticamente quedó demostrado que la dominancia numérica de individuos de los grupos abundantes era generalizada.
Los organismos raros componían el 4% de las secuencias encontradas, por lo que en un principio podríamos hablar de lo prescindibles, o del poco peso que tendrían en el ecosistema...sin embargo este 4% venía a representar el 99% de la biodiversidad bacteriana en las aguas.


Sin embargo podemos ir dos años atrás...  para ver esto en el blog de César Tomé:

Se ha demostrado por primera vez que dos poblaciones polares de un microorganismo, una en el Ártico y la otra en el Antártico, comparten un acervo genético y pueden reproducirse entre sí. La especie mantendría su unicidad viajando por las corrientes del océano profundo. Los investigadores, encabezados por Graziano de Giuseppe, de la Universidad de Pisa, publican sus resultados en los Proceedings of the National Academy of Sciences.

Hay que destacar que en este artículo se habla de protozoos no de bacterias, pero nos sirve como aproximación al problema de biogeografía microbiana en los polos...

Las cosas siguen mejorando.. Y hace 5 meses apareció un nuevo artículo: Pole-to-pole biogeography of surface and deep marine bacterial communities. Puedes encontrar un resumen en la web de SINC.

Según el artículo, los polos aún siendo lugares con unas condiciones climáticas similares, tienen diferencias entre las comunidades bacterianas que poseen. Estas diferencias parecen deberse a la presencia de corrientes fuertes y mayor aporte de agua dulce en el polo sur. Mientras que el polo norte queda más aislado por la presencia de las masas de tierra de Eurasia y América.  
Han encontrado que la mayoría (85%) de las unidades taxonómicas aparecen de forma específica en cada polo, lo que sugiere una diversidad entre polos, aislamiento geográfico, fisiológico y ecológico que puede incluso inhibir la llegada y dispersión de otros organismos.  
También han encontrado que la diferencia entre las comunidades de la superficie era mayor que la que existe entre las comunidades de las aguas profundas. Se piensa que esta especiación en las aguas superficiales se debe a procesos de aislamiento geográficos y físicos. 
Sin embargo las aguas profundas muestran comunidades similares por ejemplo entre las aguas profundas del este del mar de Siberia y las del sur del Mar de Amundsen, pero no con otras aguas profundas del Ártico, que está infinitamente más cerca.  La conexión entre polos podría ser explicada por las corrientes profundas de agua que se desplazan lentamente durante cientos de años ofreciendo un lugar estable donde sobrevivir a las distintas comunidades bacterianas.  La conectividad global de las aguas profundas implica que la biogeografía de los microorganismos marinos debe estar controlada por la circulación oceánica.



Esta es básicamente la conclusión del artículo. Las diferencias entre las poblaciones bacterianas de los polos son muy grandes siendo casi únicas para cada polo, aunque los lugares se parezcan mucho....
Si miramos las aguas profundas la cosa se desmonta y tenemos poblaciones similares a miles de kilómetros...y otras distintas a pocos cientos de kilómetros. 

Volviendo al artículo publicado en mi blog hace un año...llegamos a esta conclusión: 


Como ya decía, se tomaron muestras de superficiales y profundas de varias localizaciones en distintas épocas del año, y lo que se encontró fue que las comunidades variaban mucho más en función de la masa de agua que ocupaban que con respecto a la distancia. Siendo así más parecidas comunidades que habitaban las mismas masas de aguas aunque estuviesen separadas por miles de kilómetros que otras separadas por apenas unos cientos de kilómetros y que ocupaban distintas masas de agua.
A escala microscópica las masas de agua actúan como barreras naturales, e igual que una enorme cordillera montañosa puede diferenciar la flora y la fauna de un continente. Las diferencias en la salinidad, la densidad y la temperatura que generalmente separan las masas de agua, imposibilita que los microorganismos viajen libremente, generando lo que se conoce como provincias o áreas biogeográficas. Y es que seguramente para una bacteria el agua no sea ese fluido fácil de cruzar que es para un organismo macroscópico.
(Siempre he pensado que el agua debe ser para los microorganismos algo así como la arena para los macroscópicos).
Al encontrarse estos microorganismos "aislados" en estas áreas, también están sujetos a todos los procesos ecológicos que las afectan. Estas bacterias raras forman parte fundamental del ecosistema, en algunos casos como en el de algunas bacteroidetas y Gammaproteobacteria incluso llegan a ser parte fundamental en la producción de biomasa en las aguas superficiales.


Conclusiones parecidas, y puntos en común... "-normal, pensaréis. -¡ Es el mismo planeta !" Y yo os diré: -si...es el mismo planeta y siguen cometiendo los mismos fallos... Fallos en mi humilde y estúpida opinión, por supuesto. ¿Qué fallos?, estos:

Las muestras. Si tomamos muestras pensando de forma macroscópica como si fuésemos de muestreo de cetáceos, asumiendo que las bacterias marinas son pequeños peces que nadan a donde más le gusta estar usando sus cilios supersónicos  y dejando una estela de burbujas debido a la cavitación.   Pero no, esto no es así.  Las bacterinas no van nadando y migrando de un mar a otro como su fuesen tortugas o ballenas.  Las bacterias les da igual si están en el Mar de Amundsen o en el Mar de Siberia, no entienden de fronteras o nombres.  
Es, en mi torpe opinión, un enorme error sorprenderse de que existan comunidades similares en mares distantes  y que a su vez sean muy distintas de la superficie.   No se debería muestrear las zonas pensando como un humano o un craneata. Para una bacteria es inevitable vivir en una masa de agua continua de características físico-químicas casi uniformes, mientras que es complicado competir con otras que aunque viven "cerca", hablando en humano,  se encuentran en realidad en una situación de salinidad, temperatura, etc distintas. 

Imagina que para un microorganismo, cruzar un gradiente de salinidad puede resultar una odisea, no pienses en el agua como un medio líquido y fluido, no pienses en el océano como una superficie uniforme. El agua puede ser como un gel, o arena, o yo que sé... Como atravesar una selva sin machete. Y los océanos ser una conjunto de territorios móviles, en los que ellas viven. Es más y ahora que estoy dando mi estúpida y torpe opinión:  piensa en las masas de agua profundas como continentes, y en sus movimientos de corriente de cientos de años como en lo que los  movimientos de las placas tectónicas son para nosotros. 

Sinceramente, pienso que la clave está en muestrear masas de agua y no territorios político-geográficos. Eso hablando de aguas profundas. Las aguas superficiales son otro tema, son zonas más dinámicas que lógicamente caminan por sus propios procesos de especiación.

Hay otro tema que para mi es importante y no se suele nombrar mucho. ¿Cuántos muestreos? ¿Dónde? ¿Cuándo? ¿Qué herramienta estadística? ¿Qué datos quitamos?....  Pequeñas variaciones en estas preguntas dan resultados que pueden ser diametralmente opuestos para un mismo estudio.  Hace unos días se hablaba del número de microbios en la tierra en el blog de microBIO.  Podéis leer el artículo que es cortito en el mismo blog, y más abajo leer mi horrible comentario:


Los fanáticos de la metagenómica y los ecologo-microbiólogos Piensan que pueden estimar cosas, que a día de hoy no se pueden estimar. ¿35 zonas de todo el mar terrestre? ¿Y los otros océanos? ¿Y a más metros de profundidad? ¿Y las zonas volcánicas? ¿Y el interior de TODOS los seres vivos, incluyendo plantas y demás ? ¿Y todas las zonas inaccesibles?....

Si vamos a las 35 casas más accesibles de unas cuantas ciudades y aplicamos unas cuantas de herramientas matemáticas...¿vamos a poder estimar el número de humanos en el planeta? Me parece que si esto lo repite otro grupo de investigación y aplica otras herramientas estadísticas les puede dar otro número igualmente "matemáticamente" valido, y si se realiza en otra época del año, otro número...y así podemos seguir....

El cuerpo humano posee más de 50 billones de células, según la wiki. En el organismo  se dice (espero que algún día alguien me explique cómo las han contado) que hay como mínimo un orden de magnitud más de bacterias que de células eucariotas (asumimos que humanas). 

50.000.000.000.000. Por lo cual tenemos 500.000.000.000.000 bacterias.  Hay 7 000 000 000 de humanos aproximadamente, una vez más según la wikipedia.  Podríamos decir que hay 3'5*1024 bacterias sólo en la humanidad.  (eso si lo he multiplicado bien, que es poco probable)

Según cuentan en el blog de microBIO en el artículo "El número de microbios en la tierra es mucho menor de lo que se pensaba: “solo” hay unos 300.000 millones de trillones!":
En este trabajo se estima que la abundancia microbiana es de unos 3 x 1029células


Ahhh, ¿quién soy?, ¿qué soy?, ¿cuál es el objeto de mi vida? vale, tranquila, cálmate ya...
¿Pero algo no cuadra verdad? Para ver que no cuadra solo hay pensar en el resto de animales, una ballena posee 100.000.000.000.000.000 millones de células. Y claro si pensamos en invertebrados tendrén menos células pero lo compensan con creces con su número de individuos....  Y sin excepción todos poseen bacterias en sus superficies.  El número de bacterias totales en la tierra no puede ser de 3 x 1029 células se queda demasiado corto.    La cosa cambia si vamos al artículo fuente "Global distribution of microbial abundance and biomass in subseafloor sediment" No es lo mismo el número de microbios en la tierra que el número de microbios los suelos marinos.  Es el peligro de enunciar una noticia con un título llamativo... A mi me ha pasado más de una vez, es algo normal en este mundillo, no quiero desmerecer en absoluto el blog. 

De todas formas, dejando esta curiosidad a un lado, vamos al tema que nos ocupaba. En el mismo blog dicen:


Esta estimación de la abundancia de microbios es mucho menor que otros cálculos anteriores. En 1998 otros autores estimaron que la cantidad de microbios en los sedimentos marinos era de aproximadamente 35,5 x 1029 células. O sea que según los nuevos cálculos hay cerca de un  90% menos de microbios de lo que se pensaba. Las razones de estas diferencias son que ahora los datos son geográficamente más diversos que los estudios anteriores e incluyen algunas áreas con muy baja abundancia de células.
Combinando varios trabajos, el número de procariotas presentes en el agua del mar, el suelo y la superficie terrestre es de entre 9,2 y 31,7 x 1029 células, lo que supone entre un 50 y un 78% menos de lo que se creía hasta ahora. 

Y ahí vemos el problema, cambiando un poco las zonas de muestreo... los números cambian muchísimo. Y así pueden seguir cambiando según lo que muestrees. Esto no es como contar elefantes, es mucho más difícil pretender contar las bacterias que hay en el fondo marino. Y digo difícil por ser optimista. 

En conclusión, los estudios de ecología microbiana tienen problemas, por lo limitado de nuestra técnica y recursos...Hasta que esto no cambien, hay que tomárselos con calma, y no sorprenderse, si en unos años nos dicen que el número de bacterias era un 90% menos o más de lo que pensábamos.



“Esta entrada participa en la XVII edición del Carnaval de Biología, organizado por Pero esa es otra historia...” 

ResearchBlogging.org
Ghiglione JF, Galand PE, Pommier T, Pedrós-Alió C, Maas EW, Bakker K, Bertilson S, Kirchman DL, Lovejoy C, Yager PL, & Murray AE (2012). Pole-to-pole biogeography of surface and deep marine bacterial communities. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America PMID: 23045668


4 comentarios:

  1. Felicidades por ese .net queda genial :)

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    1. :D Gracias, me ha costado dar el salto...pero ya era hora.

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  2. Buenas

    Efectivamente, aunque el título puede engañar, cuando lees la entrada del blog MicroBIO enseguida te dice que es un estudio de los microorganismos presentes en los sedimentos marinos (lo pone en negrita para que se vea bien).

    Sobre números. A mí me parece que 3x10^29 es un número muy pequeño para el total de microorganismos de los fondos marinos. El anterior era de 3,5x10^30. Ciertamente en este estudio han refinado las técnicas así que por ahora, y hasta que no se demuestre lo contrario, es el más próximo a la realidad. Eso quiere decir que en los fondos marinos hay 100.000 (10^5) veces más bacterias que en todos los seres humanos. No sé cuantos animales hay, pero imaginemos que por cada uno de nosotros hay el equivalente a 1000 humanos en animales (desde grandes como la ballena a pequeños como los ratones), luego habría 10 veces más de bacterias asociadas. Asumiendo eso, aún habría 10 veces más bacterias en los fondos marinos que en todos los animales.

    A mí me parece que el número es pequeño por otro motivo. Se estima que de la bacteria Pelagibacter ubique hay entre 10x27 y 10x28 células en todos los mares. Es decir, entre 10 y 100 veces menos que bacterias de los fondos marinos. Y la estimación de Pelagibacter es mucho más fiable que esta porque es un bicho de la superficie marina, no del fondo que se ha muestreado en muchos más sitios. Me parece demasiada poca diferencia entre los numeros de un solo bicho marino y el total de bichos de los fondos.

    Pero son los experimentos y las observaciones los que tienen la última palabra. Como bien dices al final del post, hay que tomárselos con calma.

    Un saludo




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    1. Tienes razón, microBIO lo pone en negrita. La verdad que releyendo mi post..parece que atacase a dicho blog, cuando lo que pretendía es quitarle "importancia" a los estudios de ecología de microorganismos (por sus limitaciones) No me parece "bien" que ahora llegue el periodista y suelte algo así como "En el mundo hay _nosecuantas_ bacterias"

      Los fondos marinos deben ser grandes digestores de MO, aunque de baja eficiencia...pero si lo pensamos (casi)todo termina allí.

      Un saludo y gracias por el comentario !

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