Investigación Microbiana del Suelo: Nueva Técnica

Un informe publicado por un equipo de científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía o del Laboratorio Berkeley discutió la nueva técnica que se desarrolló para aislar microbios activos de una muestra de suelo. Esta técnica se denomina etiquetado bioortogonal no canónico de aminoácidos (BONCAT) y es una herramienta de clasificación microbiana muy útil que ayuda a identificar microbios activos.

Este logro inició una nueva ola de investigación y la técnica ahora se ha adaptado para su uso en muestras de suelo. Esta herramienta les permite a los científicos saber cómo el microbioma del suelo afecta el ciclo ambiental a gran escala.

Un estudio de prueba de concepto para probar la eficacia de BONCAT

Estelle Couradeau, primera autora del estudio, afirmó que los suelos contienen las comunidades microbianas más diversas presentes en la Tierra y cada gramo de suelo contiene miles de millones de células de miles de especies, que en conjunto realizan un importante ciclo de nutrientes en el planeta. Estos son, de hecho, la columna vertebral de los ecosistemas terrestres y uno de los requisitos clave para la agricultura sostenible es un microbioma de suelo saludable. Recientemente, se han desarrollado herramientas para identificar las especies y este estudio ha establecido que BONCAT es bastante efectivo y puede usarse para vincular microbios activos a procesos ambientales. Por lo tanto, la última tecnología de BONCAT facilita una mejor comprensión del papel de los microbios activos presentes en el suelo.

Más sobre microbiomas del suelo

Couradeau y sus coautores, así como varios otros investigadores de otras partes de los Estados Unidos, han estado trabajando en colaboración durante los últimos dos años en un área de enfoque científico liderada por un laboratorio de Berkeley llamado ENIGMA (Ecosistemas y Redes Integradas con Genes). y ensamblajes moleculares). El objetivo era comprender en profundidad el funcionamiento interno de los microbiomas del suelo. Estos proyectos ayudan a mejorar nuestra comprensión del funcionamiento ambiental y permiten a los científicos aprovechar de manera efectiva los microbiomas para desarrollar resistencia a la sequía en los cultivos, eliminar los contaminantes ambientales y producir combustibles y bioproductos.

Sin embargo, existen varias barreras para medir las actividades e interacciones microbianas porque los microbios del suelo no se pueden cultivar en cultivos de laboratorio, pero son abundantes en su hábitat natural. Además, es increíblemente difícil analizar e investigar lo que hace cada especie microbiana. Por ejemplo, los microbiomas del suelo que pueden deshacerse de los desechos en los depósitos de agua subterráneos se encuentran a cientos de metros por debajo de la superficie de la Tierra y, en algunas condiciones, al menos el 95 % de los microbios permanecen inactivos en un momento dado.

En general, los microbiólogos recolectan muestras y confían en enfoques indirectos, incluida la secuenciación de ADN, para caracterizar las comunidades microbianas. Pero la mayoría de las técnicas no pueden distinguir los microbios activos de los inactivos.

Avance del kit de herramientas

BONCAT, fue inventado por genetistas en Caltech en 2006 para aislar proteínas recién producidas en las células, y más tarde en 2014, investigadores del Instituto Conjunto del Genoma (JGI) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) colaboraron con Victoria Orphan's Lab en Caltech para modificar BONCAT en una herramienta que puede identificar grupos activos y simbióticos de microbios marinos en sedimentos oceánicos. Después de refinar este enfoque, se desarrolló la clasificación de células activadas por fluorescencia BONCAT (BONCAT+FACS) para detectar microbios activos individualmente. Esta técnica permitió a los científicos clasificar un organismo unicelular en función de la presencia o ausencia de moléculas marcadoras fluorescentes que se unen a un aminoácido modificado, la metionina. BONCAT+FACS es una herramienta eficaz y refinada para determinar los microbios que están activos en una comunidad en un momento dado.

Aplicaciones futuristas de BONCAT

La nueva tecnología BONCAT ha acelerado el desarrollo de varias otras herramientas y técnicas en agricultura y microbiología. Los grupos de investigación, incluido Berkeley Lab, esperan usar BONCAT para estudiar cómo los cambios ambientales afectan o estimulan a los grupos microbianos. Además, con BONCAT, se pueden obtener instantáneas inmediatas de las reacciones del microbioma con un hábitat normal, fluctuaciones y situaciones extremas como inundaciones y sequías. Según Couradeau, este enfoque cataliza varias líneas de estudio importantes, como la mejora de las prácticas agrícolas, la evaluación de la susceptibilidad a los antibióticos en microorganismos no cultivables y la investigación de las funciones desconocidas de Candidatus Dormibacteraeota, un tipo de bacteria del suelo que parece estar latente todo el tiempo.