Un estudio internacional revela que las diatomeas, un grupo de microalgas unicelulares fundamentales para los ecosistemas acuáticos, presentan importantes diferencias genéticas que podrían explicar su diversa capacidad de adaptación y comportamiento. Los resultados abren nuevas vías para aplicaciones en medicina, biotecnología y captura de carbono.
Un equipo internacional de más de 100 científicos, entre ellos la investigadora española Rosa Trobajo, del Instituto de Investigación y Tecnología Agroalimentaria (IRTA), ha comparado los genomas de distintas especies de diatomeas, un grupo de microalgas, para estudiar las diferencias genéticas entre ellas y su relación con las distintas formas en que se comportan.
Los primeros resultados del denominado Proyecto de los 100 Genomas de Diatomeas, publicados en la revista PLOS Biology, muestran que estas especies pueden presentar diferencias notables en su comportamiento. Los científicos apuntan a que este hecho podría estar relacionado con su diversidad genética y con la complejidad de sus estructuras celulares.
Este proyecto abarca todos los principales clados y la mayoría de los ambientes en los que pueden encontrarse las diatomeas
“Este proyecto abarca todos los principales clados y la mayoría de los ambientes en los que pueden encontrarse las diatomeas. Por tanto, nos permitirá obtener una visión global de su evolución en el contexto de una gran diversidad de hábitats, algo esencial para predecir cómo los cambios ambientales pueden afectar a su biología y a su capacidad de adaptación”, dice a SINC Thomas Mock, de la Facultad de Ciencias Ambientales de la Universidad de East Anglia (UEA), que dirige la investigación.
Se trata del mayor estudio de secuenciación de genomas de algas realizado hasta la fecha. “Las nuevas variantes genéticas ofrecen oportunidades casi infinitas para la biotecnología, desde la captura de carbono hasta la investigación biomédica”, añade el científico.
Diatomeas bajo el microscopio. / WIkipedia
Las diatomeas están presentes en prácticamente todos los ambientes marinos y de agua dulce. Con al menos 100 000 especies, forman el grupo de algas con mayor diversidad conocida.
Lo que más nos ha sorprendido es su diversidad genética. El pangénoma parece ser abierto e incluir numerosas variantes nuevas
Su actividad tiene un papel relevante en el funcionamiento de los ecosistemas. Contribuyen al 20 % de la fijación global de carbono y de la producción de oxígeno, y ayudan a transportar carbono desde la superficie del océano hacia las aguas profundas, donde puede permanecer almacenado durante largos periodos.
“Lo que más nos ha sorprendido es su diversidad genética. El pangénoma parece ser abierto e incluir numerosas variantes nuevas. Se prevé que el número de familias de genes, incluidas sus nuevas variantes, se duplique hasta alcanzar unas 40 000 al final del proyecto”, subraya Mock.
Hasta ahora, el conocimiento detallado de los genomas de las diatomeas se limitaba a unas diez especies. Esta falta de información genética ha dificultado el estudio y el aprovechamiento de las características propias de estos organismos.
“Al comparar la información genética de diatomeas que viven en distintos entornos, esperamos comprender mejor cómo funcionan y evolucionan estos organismos y cómo desarrollan las características que los hacen tan exitosos e importantes para la vida en la Tierra, así como entender mejor cómo están conectadas las diferentes especies”, asegura el científico.
El proyecto permitirá profundizar en el papel de las diatomeas en la captura de dióxido de carbono y en las redes alimentarias acuáticas. También puede ayudar a descubrir nuevos procesos biológicos y formas de adaptación a distintos ambientes, además de relaciones hasta ahora desconocidas con otros organismos.
Los datos genéticos podrían revelar genes y características biológicas de interés para la biotecnología. Entre sus posibles aplicaciones están la producción de combustibles más limpios, la captura de carbono, el desarrollo de sensores y tratamientos médicos.
También podrían utilizarse para crear nuevos productos y mejorar procesos industriales mediante ingeniería genética y biología sintética.
“Se están realizando importantes esfuerzos para mejorar el uso de las diatomeas en todas estas áreas. Es difícil señalar una única aplicación como la más prometedora para llegar al mundo real en un futuro muy cercano”, explica Mock.
La diversidad genética de las diatomeas también puede ser clave para entender cómo responderán a la actual crisis climática. Los investigadores quieren descubrir qué mecanismos les permiten adaptarse a unas condiciones ambientales cada vez más extremas y cómo estas respuestas afectarán al ciclo del carbono.
Esperamos descubrir si las diatomeas son capaces de hacer frente a los cambios ambientales en los océanos y cómo lo hacen
“Esperamos descubrir si las diatomeas son capaces de hacer frente a los cambios ambientales en los océanos y cómo lo hacen. Confiamos en identificar los mecanismos evolutivos que sustentan su capacidad de adaptación y, lo que es más importante, las respuestas fenotípicas que impulsan el ciclo del carbono en el planeta”, indica el investigador.
Mock opina que con este conocimiento “se podrán tomar decisiones mejor fundamentadas sobre cómo cambiarán las redes tróficas, con consecuencias para prácticamente todas las formas de vida de los océanos”, continúa.
Para conocer mejor estos organismos, los investigadores crearon el mencionado Proyecto de los 100 Genomas de Diatomeas. Su objetivo es generar una amplia colección de información genética y datos biológicos sobre estos organismos.
El proyecto ya ha superado su meta inicial de secuenciar 100 genomas y se está incorporando también información genética obtenida por otros grupos de investigación de todo el mundo.
“Crear un sistema compartido para describir y clasificar estas características facilitará que los investigadores de todo el mundo comparen especies de diatomeas y combinen sus hallazgos. Los primeros resultados sugieren que reunir toda esta información está funcionando bien y podría conducir a muchos descubrimientos apasionantes”, apunta Mock.
Crear un sistema compartido para describir y clasificar estas características facilitará que los investigadores de todo el mundo comparen especies de diatomeas y combinen sus hallazgos
El proyecto está financiado por el Joint Genome Institute (JGI), dependiente del departamento de Energía de Estados Unidos, que impulsa la investigación sobre algas por su potencial para la producción de bioenergía y por su papel en el ciclo de los nutrientes.
“En cuanto al camino que queda por recorrer, este depende en gran medida de la financiación y del apoyo general. La tecnología ya se ha desarrollado, pero todavía no a gran escala. Sin un mayor apoyo tanto de los gobiernos como de la industria, tardaremos mucho más en ver las primeras aplicaciones reales basadas en la biología de las diatomeas”, concluye Mock.
Referencia:
Thomas Mock et al. “The 100 Diatom Genomes Project”. PLOS Biology
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