La Evolución Reticulada de la Vida los Borgs el Metano y Los Suelos

Fuente: Los borgs Colaje imágenes Google

La noticia que os ofrecemos hoy me ha generado una gran sorpresa por sus grandes implicaciones en la estructura y evolución de la vida, con independencia del metabolismo del metano, tan de moda por el calentamiento climático. Hoy os mostramos someramente que son los borgs, nombre extraído de una película de Star trek, pero que “se aplica ahora también a “un ente de vida” muy especial que acaba de ser descubierto.” Estos últimos Borgs, se encuentran relacionados con las arqueas, y en este enlace se explica también lo poco que aun sabemos acerca de estos BioBorgs, que ni tan siquiera pueden aun cultivarse en laboratorio. Los artículos hablan de que nuevos borgs se encuentran presentes en las arqueas que habitan en los suelos húmedos, humedales y también en otros ambientes. Si ya los virus y plásmidos han demostrado el flujo horizontal de genes, los borgs arquéanos pueden considerarse como una vuelta de tuerca adicional. Todo ello defiende mis tesis y las de algún que otro colega de que la evolución de la vida ha sido reticulada. Y en tal estructura las arqueas no se comportan ni evolucionan como los restantes microbios. A pesar de todo, estos borgs se antojan un poco desconcertantes. Curiosísima e importante noticia que, de ser corroborada, modificarán el modo en que concebimos el árbol de la vida “reticulada”. Os recomiendo vívidamente que leáis las noticias que os reproduzco abajo.

Juan José Ibáñez

Continúa………

Los borgs que comen metano han estado asimilando los microbios de la Tierra

Por Staff Writers; Berkeley CA (SPX) Oct 20, 2022
En Star Trek, los Borg son un colectivo despiadado y con mentalidad de colmena que asimila a otros seres con la intención de apoderarse de la galaxia. Aquí en el planeta Tierra no ficticio, los Borgs son paquetes de ADN que podrían ayudar a los humanos a combatir el cambio climático.

El año pasado, un equipo dirigido por Jill Banfield descubrió estructuras de ADN dentro de un microbio consumidor de metano llamado Methanoperedens que parecen sobrecargar la tasa metabólica del organismo. Llamaron a los elementos genéticos «Borgs» porque el ADN dentro de ellos contiene genes asimilados de muchos organismos. En un estudio publicado en Nature, los investigadores describen la curiosa colección de genes dentro de Borgs y comienzan a investigar el papel que juegan estos paquetes de ADN en los procesos ambientales, como el ciclo del carbono.

Primer contacto
Los metanooperedos son un tipo de arqueas (organismos unicelulares que se asemejan a las bacterias pero representan una rama distinta de la vida) que descomponen el metano (CH4) en los suelos, las aguas subterráneas y la atmósfera para apoyar el metabolismo celular. Los metanopéreos y otros microbios consumidores de metano viven en diversos ecosistemas de todo el mundo, pero se cree que son menos comunes que los microbios que utilizan la fotosíntesis, el oxígeno o la fermentación para obtener energía.

Sin embargo, desempeñan un papel descomunal en los procesos del sistema de la Tierra al eliminar el metano, el gas de efecto invernadero más potente, de la atmósfera. El metano atrapa 30 veces más calor que el dióxido de carbono y se estima que representa alrededor del 30 por ciento del calentamiento global impulsado por el hombre. El gas se emite naturalmente a través de procesos geológicos y por arqueas generadoras de metano; Sin embargo, los procesos industriales están liberando metano almacenado a la atmósfera en cantidades preocupantes.

Banfield, científico de la facultad en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y profesor de Ciencias de la Tierra y Planetarias y Ciencias Ambientales, Política y Gestión en UC Berkeley, estudia cómo las actividades microbianas dan forma a los procesos ambientales a gran escala y cómo, a su vez, las fluctuaciones ambientales alteran los microbiomas del planeta. Como parte de este trabajo, ella y sus colegas toman muestras regularmente de microbios en diferentes hábitats para ver qué genes interesantes están utilizando los microbios para sobrevivir, y cómo estos genes podrían afectar los ciclos globales de elementos clave, como el carbono, el nitrógeno y el azufre. El equipo analiza los genomas dentro de las células, así como los paquetes portátiles de ADN conocidos como elementos extracromosómicos (ECE) que transfieren genes entre bacterias, arqueas y virus. Estos elementos permiten que los microbios obtengan rápidamente genes beneficiosos de sus vecinos, incluidos aquellos que solo están relacionados de manera distante.

Mientras estudiaban Methanoperedens muestreados del suelo de la piscina estacional de humedales en California, los científicos encontraron evidencia de un tipo completamente nuevo de ECE. A diferencia de las hebras circulares de ADN que componen la mayoría de los plásmidos, el tipo más conocido de elemento extracromosómico, los nuevos ECE son lineales y muy largos, hasta un tercio de la longitud de todo el genoma de Methanoperedens.

Después de analizar muestras adicionales de suelos subterráneos, acuíferos y lechos de ríos en California y Colorado que contienen arqueas consumidoras de metano, el equipo descubrió un total de 19 ECE distintas que denominaron Borgs. Utilizando herramientas avanzadas de análisis del genoma, los científicos determinaron que muchas de las secuencias dentro de los Borgs son similares a los genes metabolizadores de metano dentro del genoma real de Methanoperedens. Algunos de los Borgs incluso codifican toda la maquinaria celular necesaria para comer metano por su cuenta, siempre y cuando estén dentro de una célula que pueda expresar los genes.

«Imagine una sola célula que tiene la capacidad de consumir metano. Ahora agrega elementos genéticos dentro de esa célula que pueden consumir metano en paralelo y también agrega elementos genéticos que le dan a la célula una mayor capacidad. Básicamente crea una condición para el consumo de metano con esteroides, por así decirlo», explicó el coautor Kenneth Williams, científico principal y colega de Banfield en el Área de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente del Laboratorio de Berkeley. Williams dirigió la investigación en el sitio de Rifle, Colorado, donde se recuperó el Borg mejor caracterizado, y también es científico jefe de campo de un sitio de investigación en el East River, cerca de Crested Butte, Colorado, donde se realiza parte del muestreo actual de Banfield.

El sitio de campo del East River es parte del Área de Enfoque Científico de la Función de la Cuenca del Departamento de Energía, un proyecto de investigación multidisciplinario dirigido por Berkeley Lab que tiene como objetivo vincular la microbiología y la bioquímica con la hidrología y la ciencia del clima. «Nuestra experiencia es reunir lo que a menudo se piensa y trata como campos de investigación completamente dispares: la gran ciencia que vincula todo, desde los genes hasta los procesos de cuencas hidrográficas y atmosféricas».

La resistencia es inútil una desventaja
Banfield y sus colegas investigadores del Instituto de Genómica Innovadora de UC Berkeley, incluida la coautora y colaboradora de mucho tiempo Jennifer Doudna, plantean la hipótesis de que los Borg podrían ser fragmentos residuales de microbios enteros que fueron engullidos por Methanoperedens para ayudar al metabolismo, similar a cómo las células vegetales aprovecharon los microbios fotosintéticos de vida libre para obtener lo que ahora llamamos cloroplastos, y cómo una antigua célula eucariota consumió a los antepasados de las mitocondrias actuales. Sobre la base de las similitudes en las secuencias, la célula engullida podría haber sido un pariente de Methanoperedens, pero la diversidad general de genes encontrados en los Borgs indica que estos paquetes de ADN fueron asimilados de una amplia gama de organismos.

No importa el origen, está claro que los Borgs han existido junto a estas arqueas, transportando genes de un lado a otro, durante mucho tiempo.

En particular, algunos Methanoperedens fueron encontrados sin Borgs. Y, además de genes reconocibles, los Borg también contienen genes únicos que codifican otras proteínas metabólicas, proteínas de membrana y proteínas extracelulares casi seguramente involucradas en la conducción de electrones requerida para la generación de energía, así como otras proteínas que tienen efectos desconocidos en sus huéspedes. Hasta que los científicos logren cultivar Methanoperedens en un entorno de laboratorio, no sabrán con certeza qué capacidades confieren los diferentes Borgs, por qué algunos microbios los usan y por qué otros no.

Una explicación probable es que los Borgs actúan como un casillero de almacenamiento para genes metabólicos que solo se necesitan en ciertos momentos. La investigación en curso sobre el monitoreo del metano ha demostrado que las concentraciones de metano pueden variar significativamente a lo largo del año, generalmente alcanzando su punto máximo en el otoño y cayendo a los niveles más bajos a principios de la primavera. Por lo tanto, los Borg proporcionan una ventaja competitiva a los microbios que comen metano como Methanoperedens durante los períodos de abundancia cuando hay más metano del que su maquinaria celular nativa puede descomponer.

Se sabe que los plásmidos tienen un propósito similar, propagando rápidamente genes para la resistencia a moléculas tóxicas (como metales pesados y antibióticos) cuando las toxinas están presentes en concentraciones lo suficientemente altas como para ejercer presión evolutiva.

«Hay evidencia de que diferentes tipos de Borgs a veces coexisten en la misma célula huésped de Methanopreredens. Esto abre la posibilidad de que los Borgs puedan estar propagando genes a través de linajes«, dijo Banfield.

Explorando audazmente el universo (microbiano) Desde que publicaron su artículo como preimpresión el año pasado, el equipo ha comenzado el trabajo de seguimiento para comprender mejor cómo los Borgs pueden afectar los procesos biológicos y geológicos. Algunos investigadores están revisando conjuntos de datos de material genético de otros microorganismos, en busca de evidencia de que los Borgs existen en asociación con otras especies.

Mientras sus colegas usan métodos basados en el laboratorio, la coautora Susan Mullen, una estudiante graduada en el laboratorio de Banfield, se mojará los pies con un trabajo de campo muy pintoresco. Recientemente comenzó un proyecto para muestrear microbios de las llanuras aluviales del East River durante todo el año para evaluar cómo los cambios estacionales en la abundancia de Borg y otros microbios que se sabe que están involucrados en el ciclo del metano se correlacionan con los flujos estacionales de metano.

Según los autores, años después, los microbios cuidadosamente cultivados están llenos de Borgs podrían usarse para reducir el metano y frenar el calentamiento global. Todo es para beneficiar al colectivo – la vida en la Tierra.

Los ‘Borgs’ que comen metano han estado asimilando los microbios de la Tierra

por Lawrence Berkeley National Laboratory

En Star Trek, los Borg son un colectivo despiadado y con mentalidad de colmena que asimila a otros seres con la intención de apoderarse de la galaxia. Aquí en el planeta Tierra no ficticio, los Borgs son paquetes de ADN que podrían ayudar a los humanos a combatir el cambio climático.

El año pasado, un equipo dirigido por Jill Banfield descubrió estructuras de ADN dentro de un microbio consumidor de metano llamado Methanoperedens que parecen sobrecargar la tasa metabólica del organismo. Llamaron a los elementos genéticos «Borgs» porque el ADN dentro de ellos contiene genes asimilados de muchos organismos. En un estudio publicado hoy como el artículo de portada en Nature, los investigadores describen la curiosa colección de genes dentro de Borgs y comienzan a investigar el papel que juegan estos paquetes de ADN en los procesos ambientales, como el ciclo del carbono.

Primer contacto

Los metanooperedos son un tipo de arqueas (organismos unicelulares que se asemejan a las bacterias pero representan una rama distinta de la vida) que descomponen el metano (CH₄) en los suelos, las aguas subterráneas y la atmósfera para apoyar el metabolismo celular. Los metanopéreos y otros microbios consumidores de metano viven en diversos ecosistemas de todo el mundo, pero se cree que son menos comunes que los microbios que utilizan la fotosíntesis, el oxígeno o la fermentación para obtener energía.

Sin embargo, desempeñan un papel descomunal en los procesos del sistema de la Tierra al eliminar el metano, el gas de efecto invernadero más potente, de la atmósfera. El metano atrapa 30 veces más calor que el dióxido de carbono y se estima que representa alrededor del 30 por ciento del calentamiento global impulsado por el hombre. El gas se emite naturalmente a través de procesos geológicos y por arqueas generadoras de metano; Sin embargo, los procesos industriales están liberando metano almacenado a la atmósfera en cantidades preocupantes.

As part of this work, she and her colleagues regularly sample microbes in different habitats to see what interesting genes microbes are using for survival, and how these genes might affect global cycles of key elements, such as carbon, nitrogen, and sulfur. The team looks at the genomes within cells as well as the portable packets of DNA known as extra-chromosomal elements (ECEs) that transfer genes between bacteria, archaea, and viruses. These elements allow microbes to quickly gain beneficial genes from their neighbors, including those that are only distantly related.

While studying Methanoperedens sampled from seasonal wetland pool soil in California, the scientists found evidence of an entirely new type of ECE. Unlike the circular strands of DNA that make up most plasmids, the most well-known type of extra-chromosomal element, the new ECEs are linear and very long—up to one-third the length of the entire Methanoperedens genome.

After analyzing additional samples from underground soil, aquifers, and riverbeds in California and Colorado that contain methane-consuming archaea, the team uncovered a total of 19 distinct ECEs they dubbed Borgs.

Using advanced genome analysis tools, the scientists determined that many of the sequences within the Borgs are similar to the methane-metabolizing genes within the actual Methanoperedens genome. Some of the Borgs even encode all the necessary cellular machinery to eat methane on their own, so long as they are inside a cell that can express the genes.

«Imagine a single cell that has the ability to consume methane. Now you add genetic elements within that cell that can consume methane in parallel and also add genetic elements that give the cell higher capacity. It basically creates a condition for methane consumption on steroids, if you will,» explained co-author Kenneth Williams, a senior scientist and Banfield’s colleague in Berkeley Lab’s Earth and Environmental Sciences Area.

Williams led research at the Rifle, Colorado site where the best characterized Borg was recovered, and is also chief field scientist of a research site on the East River, near Crested Butte, Colorado, where some of Banfield’s current sampling takes place.

The East River field site is part of the Department of Energy’s Watershed Function Scientific Focus Area, a multidisciplinary research project led by Berkeley Lab that aims to link microbiology and biochemistry with hydrology and climate science. «Our expertise is bringing together what are often thought of and treated as completely disparate fields of inquiry—big science that links everything from genes all the way up to watershed and atmospheric processes.»

Resistance is futile

Banfield and her fellow researchers at UC Berkeley’s Innovative Genomics Institute, including co-author and longtime collaborator Jennifer Doudna, hypothesize that the Borgs could be residual fragments of entire microbes that were engulfed by Methanoperedens to aid metabolism, similar to how plant cells harnessed formerly free-living photosynthetic microbes to gain what we now call chloroplasts, and how an ancient eukaryotic cell consumed the ancestors of today’s mitochondria.

Based on the similarities in sequences, the engulfed cell could have been a relative of Methanoperedens, but the overall diversity of genes found in the Borgs indicates that these DNA packages were assimilated from a wide range of organisms.

No matter the origin, it is clear that Borgs have existed alongside these archaea, shuttling genes back and forth, for a very long time.

En particular, algunos Methanoperedens fueron encontrados sin Borgs. Y, además de genes reconocibles, los Borg también contienen genes únicos que codifican otras proteínas metabólicas, proteínas de membrana y proteínas extracelulares casi seguramente involucradas en la conducción de electrones requerida para la generación de energía, así como otras proteínas que tienen efectos desconocidos en sus huéspedes.

Hasta que los científicos puedan cultivar Methanoperedens en un entorno de laboratorio, no sabrán con certeza qué capacidades confieren los diferentes Borgs, por qué algunos microbios los usan y por qué otros no.

Una explicación probable es que los Borgs actúan como un casillero de almacenamiento para genes metabólicos que solo se necesitan en ciertos momentos. La investigación en curso sobre el monitoreo del metano ha demostrado que las concentraciones de metano pueden variar significativamente a lo largo del año, generalmente alcanzando su punto máximo en el otoño y cayendo a los niveles más bajos a principios de la primavera. Por lo tanto, los Borg proporcionan una ventaja competitiva a los microbios que comen metano como Methanoperedens durante los períodos de abundancia cuando hay más metano del que su maquinaria celular nativa puede descomponer.

Se sabe que los plásmidos tienen un propósito similar, propagando rápidamente genes para la resistencia a moléculas tóxicas (como metales pesados y antibióticos) cuando las toxinas están presentes en concentraciones lo suficientemente altas como para ejercer presión evolutiva.

«Hay evidencia de que diferentes tipos de Borgs a veces coexisten en la misma célula huésped de Methanopreredens. Esto abre la posibilidad de que los Borgs puedan estar propagando genes a través de linajes», dijo Banfield.

Explorando audazmente el universo (microbiano)

Desde que publicaron su artículo como preimpresión el año pasado, el equipo ha comenzado el trabajo de seguimiento para comprender mejor cómo los Borgs pueden afectar los procesos biológicos y geológicos. Algunos investigadores están revisando conjuntos de datos de material genético de otros microorganismos, en busca de evidencia de que los Borgs existen en asociación con otras especies.

Explora más

Elementos extracromosómicos gigantes encontrados en arqueas metabolizadoras de metano

Más información: Jillian Banfield, Los Borgs son elementos genéticos gigantes con potencial para expandir la capacidad metabólica, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05256-1

Información de la revista: Nature