Un estudio, publicado en la revista Nature Communications, desvela el peso del entorno en la adaptación genética de las bacterias. Los ambientes ricos en nutrientes favorecen a los que han evolucionado perdiendo genes implicados en procesos metabólicos como la autoproducción de aminoácidos. Racionalizar el genoma supone un gran ahorro energético que les da ventaja en estos contextos en los que ya los encuentran.
En el artículo científico, disponible en Nature Communications, investigadores de las Universidades de Colorado, Aalborg, el Lawrence Berkeley Lab y el Centro de Estudios Avanzados de Blanes (CEAB-CSIC), revelan conexiones cruciales entre el entorno, las estrategias de supervivencia y la evolución genética de las bacterias.
Para llevarlo a cabo, el equipo analizó, con supercomputación, información almacenada en más de 26.000 genomas bacterianos y 3.800 metagenomas de ambientes naturales como suelos, océanos, lagos, plantas de tratamiento de aguas, microbiota humana y vegetal, y alimentos como la masa madre o el queso. El objetivo era relacionar genes, estrategias de supervivencia y entorno a fin de determinar qué condiciones favorecían la pérdida de genes relacionados con la producción de aminoácidos y el consiguiente ahorro en energía para mantenerse vivos.
El estudio revela que la mayoría de bacterias -un 80%; porcentaje mayor del que se creía hasta ahora-pueden fabricarse ellos mismos los aminoácidos necesarios para su funcionamiento. El resto, el 20%, no pueden hacerlo y dependen de la interacción con otros seres vivos o con el entorno. Como los humanos, este segundo tipo de microorganismos está obligado a obtener compuestos esenciales a través de la dieta. Son los llamados “auxótrofos”.
La investigación ha puesto de manifiesto que las bacterias auxótrofas proliferan en ambientes ricos en aminoácidos como, por ejemplo, el intestino humano o alimentos como los productos lácteos. Estos entornos, en los que no faltan los nutrientes, favorecen la evolución hacia la pérdida de los genes responsables de producir los aminoácidos.
Josep Ramoneda, autor principal del artículo, explica que la razón es simple: “¿Por qué esforzarse cuando lo tienen todo al alcance? Tener acceso siempre a un “buffet libre” hace que autoproducirse los aminoácidos deje de ser una ventaja. Estos entornos han favorecido una estrategia de optimización del genoma en la que las bacterias han eliminado genes que no necesitaban. Esto les ha servido para minimizar costes energéticos y les ha ayudado a prosperar. Un ejemplo radical son los micoplasmas, implicados en numerosas enfermedades, que obtienen aminoácidos de las células de los humanos a los que parasitan.” .
Los investigadores también descubrieron que las bacterias que dependen del suministro externo tienen genomas significativamente más pequeños que las que son autosuficientes; carecen de genes para otros procesos metabólicos como los asociados a los azúcares o los lípidos. Esto sugiere que la pérdida de genes relacionados con la producción de aminoácidos es sólo una parte de una estrategia más amplia de racionalización del genoma.
El trabajo muestra que la optimización genómica, por el gran ahorro energético que supone, es una estrategia ganadora en ecosistemas ricos. Asimismo, pone de manifiesto que, en la mayoría de entornos (especialmente en los más extremos, carentes de nutrientes), la autosuficiencia sigue siendo la mejor opción.
Emilio O. Casamayor, investigador del CEAB-CSIC coautor del estudio, apunta que “en ambientes acuáticos, donde la disponibilidad de encontrar alimento es más dificultosa o intermitente, como lagos de alta montaña o el océano, hemos mostrado que la estrategia de racionalizar el genoma no es la que tiene éxito. Estos entornos favorecen a las bacterias que son autosuficientes”. Añade que «investigaciones como ésta son posibles gracias a la combinación de técnicas de secuenciación y computación masivas, que nos permiten abordar estudios de ecología más predictiva en el mundo microbiano a grandes escalas, aproximaciones que teníamos veladas hasta hace muy poco».
Los responsables instan a profundizar en la relación entre entorno y adaptación evolutiva de los microbios a fin de avanzar en la comprensión de la vida microbiana desde aproximaciones cada vez más predictivas.
