La revista R+D CSIC es fa ressò de l’estudi científic, realitzat per investigadors del CEAB i publicat a Nature Communications, que desvetlla el gran pes de l’entorn en l’adaptació genètica dels bacteris. R+D aprofundeix en aquesta recerca i en les seves possibles aplicacions.
(a continuació, es reprodueix l’article publicat aquest 25 de gener a R+D CSIC, signat per Comunicació CSIC Catalunya)
Saber com s’adapten els bacteris al seu entorn obre línies prometedores en camps de biotecnologia, biomedicina o medi ambient. Un estudi del Centre d’Estudis Avançats de Blanes (CEAB) del CSIC mostra que un ambient ric en nutrients afavoreix els bacteris que han perdut gens implicats en processos com l’autoproducció d’aminoàcids. Prescindir de gens els suposa un estalvi energètic i els dona avantatge en aquests contextos.
La recerca revela que la majoria de bacteris (un 80%) es poden fabricar ells mateixos els aminoàcids necessaris per a la seva supervivència. El 20% restant no ho pot fer i depèn de la interacció amb altres éssers vius o amb l’entorn per obtenir-los. Són els anomenats organismes “auxòtrofs”, que necessiten obtenir compostos essencials per a la supervivència a través de la dieta (com els humans).
La investigació apunta que els bacteris auxòtrofs proliferen en ambients rics en aminoàcids com, per exemple, l’intestí humà o aliments lactis (formatges, iogurts…). Aquests entorns, en els quals no falten nutrients, afavoreixen l’evolució dels bacteris cap a la pèrdua dels gens responsables de produir els aminoàcids (que són la base de la seva dieta).
Josep Ramoneda, investigador del Centre d’Estudis Avançats de Blanes (CEAB-CSIC) i autor principal de l’article, explica que la raó és simple: “per què esforçar-se quan ho tens tot a l’abast? Tenir accés permanent a un “buffet lliure” fa que auto produir-se els aminoàcids deixi de ser un avantatge”. Aquests entorns, afegeix Ramoneda, “han afavorit una estratègia d’optimització del genoma en què els bacteris eliminen gens que no necessiten. Això els serveix per minimitzar costos energètics i els ajuda a prosperar. Un exemple són els micoplasmes -bacteris que causen infeccions a l’aparell respiratori i les vies urinàries i genitals-, implicats en nombroses malalties, que obtenen aminoàcids de les cèl·lules dels humans que parasiten”.
Tal com revela l’estudi, els bacteris que obtenen els seus recursos de l’entorn tenen genomes més petits que els que són autosuficients, i no tenen gens per a altres processos metabòlics, com els associats als sucres o als lípids. Això suggereix que podria tractar-se d’una estratègia més àmplia de racionalització del genoma, diuen els científics, una estratègia que suposa un gran estalvi energètic per als bacteris i és la predominant en ecosistemes rics en nutrients. Al contrari, a la majoria d’entorns (i especialment als més extrems, sense nutrients), l’autosuficiència continua sent la millor opció.
Així, tal com assenyala Emilio O. Casamayor, investigador del CEAB-CSIC i coautor de l’estudi, “hem constatat que en ambients aquàtics, com ara llacs d’alta muntanya o l’oceà, on la disponibilitat de trobar aliment és més difícil o intermitent, la estratègia de racionalitzar el genoma no té èxit. Aquests entorns afavoreixen els bacteris autosuficients”.
Casamayor afegeix: “el nostre treball ha estat possible gràcies a la combinació de tècniques de seqüenciació i computació massives, que ens permeten abordar estudis d’ecologia predictiva al món microbià a grans escales, aproximacions que teníem vedades fins fa molt poc”.
Els científics van analitzar més de 26.000 genomes bacterians i 3.800 metagenomes d’ambients naturals com ara terres, oceans, llacs, plantes de tractament d’aigües, microbiota humana i vegetal, i aliments com la massa mare o el formatge. L’objectiu era relacionar gens, estratègies de supervivència i entorn.
Aplicacions biotecnològiques, agrícoles, ambientals…
Els models resultants “milloren la comprensió de les condicions que necessiten molts microorganismes que encara no s’han aconseguit cultivar al laboratori”, expliquen els científics. Això té un gran potencial biològic, genètic i químic. Entre ells, hi ha exemples de nous fàrmacs, com és el cas de la rapamicina, que prové d’un bacteri Streptomyces de l’illa de Rapa Nui, descobert a la dècada dels 70.
També hi ha aplicacions a l’àmbit dels microbiomes i dels inoculants microbians per a agricultura. “Molts inoculants de còctels microbians en agricultura no estan a l’alçada de les expectatives perquè s’adapten malament i tenen mala supervivència al camp”, diuen els científics. Les nostres prediccions poden ajudar el desenvolupament més eficient d’inoculants. Això també té interès per al disseny efectiu de probiòtics humans.”
D’altra banda, “hi ha moltíssimes espècies microbianes de les quals no en tenim informació; els nostres models, la descripció dels trets funcionals de les espècies microbianes, podrien obrir la porta a descobrir nous organismes o metabolismes d’interès biotecnològic”.
Des del punt de vista mediambiental, la investigació pot servir per a la predicció i el control d’invasions, cosa que està ben establerta en animals i plantes, però endarrerit en microbis, expliquen els investigadors. Si es coneixen les preferències ambientals dels microorganismes, es poden establir models de distribució d’espècies concretes, o predir invasions ecològiques, com ara les marees vermelles, o patògens de plantes. “Tenim molta consciència sobre les espècies invasores macro, però res a escala micro”, apunta Josep Ramoneda.
A més del CEAB-CSIC, l’article científic, publicat a Nature Communications, compta amb participació d’investigadors de les Universitats de Colorado (EUA), Aalborg (Dinamarca) i el Lawrence Berkeley Lab (EUA).
