Bacterias en suelos desérticos: Un potencial inmenso para la obtención de compuestos de utilidad

Ya os hemos comentado en más de una ocasión que aplicar el concepto biológico de especie resulta altamente problemático en el mundo de los procariotas, debido al alto flujo horizontal de genes entre individuos filogenéticamente muy dispares, al menos en apariencia. El medio edáfico alberga una inmensa cantidad de microrganismos incluso en los ambientes denominados extremófilos, como lo son los desiertos. Sin embargo, el aislamiento y cultivo de muchos tipos de baterías en los laboratorios tan solo alcanza su éxito en pocos casos, lo que impide estimar la diversidad microbiana de los suelos. En este sentido, las técnicas moleculares, al analizar la variedad de secuencias genómicas y/o sus metabolitos, pueden permitir que nos aproximemos a entender la diversidad funcional (que no taxonómica) de las comunidades. Ahora bien, más que de diversidad, deberíamos apelar al concepto de variabilidad, como hacen los autores de la nota de prensa que analizamos hoy, al que añaden un calificativo adicional (en este caso metagenómica). Pues bien, los investigadores aludidos, partiendo de estos conocimientos sobradamente reconocidos por los expertos, llevaron a cabo un estudio conforme a los siguientes pasos secuencialmente: (i) elección de tres tipos de suelos geográficamente distantes en ambientes desérticos; (ii) recolección de muestras y análisis de las mismas mediante técnicas moleculares, con vistas a analizar tal diversidad/variabilidad metagenómica; y (iii) comparación de la semejanza/distancia de los materiales orgánicos aludidos entre las muestras. Sus resultados no hacen más que corroborar ideas previamente expuestas, es decir (i) en los desiertos existe una gran abundancia y variedad de “tipos bacterianos” (hecho ya conocido); (ii) que tales datos son indicadores de una diversidad/variabilidad mucho mayor que la obtenida por los clásicos cultivos en laboratorio y (iii) que como corolario de todo ello es muy probable que puedan obtenerse en el futuro una gran cantidad de compuestos de interés industrial, como anticancerígenos, etc. En otras palabras, que la bioprospección de suelos resulta ser un ámbito al que deberíamos prestar mucha más atención. Pues bien, todo ello resulta tan trivial como obvio. ¿Qué novedad aporta tal investigación?.

Los desiertos albergan una gran variedad de microrganismos. Fuente Universidad de Davis Francamente creo que casi ninguna, descontando posibles mejoras en las técnicas moleculares de reconocimiento de los compuestos existentes en el suelo (DNA, proteínas, etc.). La única nota de interés que se puede observar reside en que los tres suelos eran desérticos, a pesar de lo cual la variedad de segmentos genómicos y metabolitos distintos entre ellos eran muy  acusados. A falta de leer el artículo original (ver resumen al final del post), en el material que exponemos abajo, no se indica si realmente los suelos pertenecían al mismo grupo taxonómico, o a varios distintos, lo cual también resulta ser un dato de sumo interés a la hora de dilucidar si las diferencias detectadas sobrepasaban sus expectativas (¿cuáles?) o no. Resumiendo nada nuevo que no tratáramos en diversos post previos de nuestra bitácora. ¿Novedad? ¡Pues va a ser que no!. Más bien una estrategia para publicar “papers”que no aportan nada o casi nada. Eso sí, al meno se publicita la importancia de la investigación básica y aplicada en la bioprospección de suelos.

Juan José Ibáñez

Genes Culled from Desert Soils Suggest Potential Medical Resource

ScienceDaily (May 27, 2012) — Despite their ecologic similarity, soils from three geographically distinct areas of the American southwest harbor vastly different collections of small, biosynthetic genes, a finding that suggests the existence of a far greater diversity of potentially useful products than was previously supposed. The research is published in the May issue of Applied and Environmental Microbiology.

Natural compounds have been the sources of the majority of new drugs approved by the US Food and Drug Administration, and bacteria have been the biggest single source of these therapeutically relevant compounds. Most bacterially-derived antibiotic and anticancer agents were discovered by culturing bacteria from environmental samples, and then examining the metabolites they produce in laboratory fermentation studies. But the vast majority of bacterial species cannot be cultured, which suggested that the world might be awash in potentially useful, but unknown bacterial metabolites.

In this study, Sean Brady of the Howard Hughes Medical Institute, Rockefeller University, New York, NY, and colleagues extracted DNA from soils from the Sonoran Desert of Arizona, the Anza Borrego section of the Sonoran Desert of California, and the Great Basin Desert of Utah. They used this DNA to construct very large metagenomic DNA libraries, and screened these libraries for three of the most common classes of small molecule biosynthesis systems, type I modular polyketides, type II iterative polyketides, and non-ribosomal peptides, says Brady.

The investigators used PCR to amplify collections of gene fragments from each of the three libraries and compared these to assess the similarities and differences between the collections of genes cloned from each environment, says Brady.

«Our work suggests that the genomes of environmental bacteria could encode many additional drug-like molecules, including compounds that might serve, among other things, as new antibiotics and anticancer agents,» says Brady. «This is a small preliminary study that warrants additional investigations of more environments and more extensive sequence analysis, but it suggests that environmental bacteria have the potential to encode a large additional treasure trove of new medicines.»

Story Source: The above story is reprinted from materials provided by American Society for Microbiology. Note: Materials may be edited for content and length. For further information, please contact the source cited above.

Journal Reference: B. V. B. Reddy, D. Kallifidas, J. H. Kim, Z. Charlop-Powers, Z. Feng, S. F. Brady.Natural Product Biosynthetic Gene Diversity in Geographically Distinct Soil Microbiomes.Applied and Environmental Microbiology, 2012; 78 (10): 3744 DOI: 10.1128/AEM.00102-12

Resumen del trabajo Original

Appl Environ Microbiol. 2012 May;78(10):3744-52. Epub 2012 Mar 16.

Natural product biosynthetic gene diversity in geographically distinct soil microbiomes.

Reddy BV, Kallifidas D, Kim JH, Charlop-Powers Z, Feng Z, Brady SF.

Source

Laboratory of Genetically Encoded Small Molecules, Howard Hughes Medical Institute, The Rockefeller University, New York, New York, USA.

Abstract

The number of bacterial species estimated to exist on Earth has increased dramatically in recent years. This newly recognized species diversity has raised the possibility that bacterial natural product biosynthetic diversity has also been significantly underestimated by previous culture-based studies. Here, we compare 454-pyrosequenced nonribosomal peptide adenylation domain, type I polyketide ketosynthase domain, and type II polyketide ketosynthase alpha gene fragments amplified from cosmid libraries constructed using DNA isolated from three different arid soils. While 16S rRNA gene sequence analysis indicates these cloned metagenomes contain DNA from similar distributions of major bacterial phyla, we found that they contain almost completely distinct collections of secondary metabolite biosynthetic gene sequences. When grouped at 85% identity, only 1.5% of the adenylation domain, 1.2% of the ketosynthase, and 9.3% of the ketosynthase alpha sequence clusters contained sequences from all three metagenomes. Although there is unlikely to be a simple correlation between biosynthetic gene sequence diversity and the diversity of metabolites encoded by the gene clusters in which these genes reside, our analysis further suggests that sequences in one soil metagenome are so distantly related to sequences in another metagenome that they are, in many cases, likely to arise from functionally distinct gene clusters. The marked differences observed among collections of biosynthetic genes found in even ecologically similar environments suggest that prokaryotic natural product biosynthesis diversity is, like bacterial species diversity, potentially much larger than appreciated from culture-based studies.