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Scriptus Naturae (http://scriptusnaturae.8m.com). Pérez, S.; Suárez, M. Torralba, A. & Varela de Seijas M.V.1998.-Aplicación de métodos moleculares en taxonomía y filogenia. Seminario Microbiología Ambiental, 23.04. Facultad Biología Oviedo.
Introducción Mapas de biodiversidad basados en la secuenciación. Diversidad natural sin cultivo de los microorganismos. Interpretación del árbol molecular de la vida, tomando el ejemplo de Yellowstone. Más allá del RNA, una oportunidad para el estudio del genoma en el medioambiente. Bibliografía consultada.
Nos encontramos en un nuevo periodo para la microbiología (y, en especial, para la microbiología ambiental) y esto es debido a la gran información que encontramos cuando utilizamos los nuevos métodos en biología molecular a la hora de caracterizar los microorganismos. A pesar de que se sabe que un gran porcentaje del balance total de la biosfera depende de los microorganismos, sólo se conocían alrededor del 1% del total, y esto es debido a las deficiencias que propiciaban los estudios usados que estaban basados en caracteres morfológicos, fisiológicos(necesidad de nutrientes), estructurales(diferencias entre lípidos de membranas) etc., y para todos ellos era prerrequisito esencial el cultivo, pero los medios actuales de cultivo no dejaban cultivar ni una mínima parte de los microorganismo existentes (por distintas razones como pueden ser desconocimiento de los nutrientes requeridos, de las condiciones de la atmósfera, etc.).
Las técnicas del DNA recombinante nos van a ayudar a subsanar estos problemas y a clasificar a los organismos de un modo más correcto, de acuerdo a su filogenia. Estos estudios podemos hacerlos estudiando la secuencia total de nucleótidos del genoma del microorganismo, pero actualmente se utilizan estudios de rRNA de 16S o 18S porque son secuencias que se han mantenido bastante uniformes a lo largo de la evolución y por eso se ven claramente las diferencias entre los distintos microorganismos y se pueden realizan árboles filogenéticos y esquemas evolutivos.
En tres décadas de estudios de filogenética molecular, los investigadores han recopilado un robusto mapa de la evolución de la diversidad, enseñando, que la principal fuente de la diversidad de vida es la microbiana, distribuida entre los tres grupos o dominios: Archeae, Bacteria y Eucarya. Las propiedades generales de los representantes de los tres dominios indican que la vida inicial estaba basada en la nutrición inorgánica, y que la fotosíntesis y el uso de compuestos orgánicos, y el metabolismo energético vinieron comparativamente después. Las aplicaciones de los métodos de la filogenética molecular para el estudio de los ecosistemas naturales microbianos, sin el requerimiento tradicional del cultivo, han originado el descubrimiento de linajes evolutivos inesperados; miembros de algunos de estos linajes están sólo lejanamente relacionados con organismos conocidos, pero son suficientemente abundantes, por lo que es probable que hayan impactado en la química de la biosfera.
Los organismos microbianos ocupan un lugar particular en el punto de vista humano de la vida. Los microbios reciben poca atención en nuestros análisis generales de biología. Son, en gran parte, ignorados por la mayoría de los biólogos profesionales, y desconocidos por el público, salvo en el contesto de enfermedades y fenómenos de putrefacción. Sin embargo, los procesos de la biosfera dependen totalmente de las actividades microbianas. Nuestros análisis estudian la diversidad en el contesto de los grandes organismos: sólo en torno a cinco mil organismos no eucariotas han sido formalmente descritos (en contraste al medio millón de especies de insectos descritos). Sabemos muy poco de la biología microbiana, a pesar de que es una parte importante en la subsistencia en la vida de este planeta.
La existencia de vida microbiana ha sido un reconocimiento relativamente reciente, hace cerca de trescientos años, con el invento del microscopio por Leeuwenhoek. No fue hasta finales del siglo XIX, con el desarrollo de las técnicas de cultivo puro, cuando los microbios pudieron ser estudiados en modelos individuales, así como caracterizados con amplitud, principalmente por criterios nutricionales. El acercamiento de los cultivos puros al estudio del mundo microbiano condicionó fuertemente la visión de la diversidad de estos. Los criterios morfológicos y nutricionales usados para describir los microbios fallaron en proveer la taxonomía natural, ordenada de acuerdo con las relaciones evolutivas. Los instrumentos moleculares y las perspectivas basadas en la secuenciación génica están aliviando estos impedimentos en alguna medida.
No se puede describir a los microorganismos como hemos venido haciendo con los organismos grandes, es decir, por sus propiedades morfológicas. Por tanto, a la hora de distinguir distintos tipos de microorganismos pronto se recurrió a las propiedades metabólicas de estos. La taxonomía microbiana acumuló descripciones metabólicas y morfológicas de distintos tipos de organismos que esencialmente no estaban relacionados. Ahora la filogenética molecular aporta una organización a partir de la cual podemos relacionar objetivamente distintos organismos, así como interpretar la corriente evolutiva de la maquinaria metabólica que constituye la diversidad del metabolismo.
La diversidad metabólica de los microorganismos suele ser definida en términos de la utilización de compuestos orgánicos complejos; parece haberse extendido mayoritariamente a través de Bacteria. De todos modos, incluso aquí la dependencia de nutrientes orgánicos probablemente no es ancestral. Así, las líneas bacterianas cultivadas, representadas por Aquifex y Thermatoga, son básicamente litotrofas que utilizan como fuente de energía el hidrógeno y como aceptores de electrones compuestos sulfurados (Thermatoga) o bajos niveles de oxígeno (Aquifex). Todos los ejemplos cultivados de estas líneas bacterianas son termófilos y comparten dos importantes atributos fisiológicos con Archaea (muy ramificada y lentamente evolucionada): una fuente de energía basada en el hidrógeno y un crecimiento a altas temperaturas. Estas coincidencias sugieren que el último antecesor común de todos los organismos vivos también metabolizaba hidrógeno para obtener energía a altas temperaturas. Esta conclusión es consecuente con las actuales opiniones acerca del origen de la vida, que suponen que proviene de ambientes geotermales a altas temperaturas.
Los organismos litótrofos contribuyen mucho más a la biomasa de la Tierra que lo que actualmente se cree. Parte de esa biomasa litótrofa se encuentra en los microhábitats que nos rodean, con frecuencia lejos de la luz y el oxígeno (el rumen del ganado y el intestino de las termitas y humanos). De todos modos, la mayor parte de la vida que depende del metabolismo energético inorgánico se encuentra en ambientes poco conocidos. La mayoría de la vida oceánica es microbiana y el patrón metabólico puede indicar una insospechada cadena trófica basada en la litotrofía en los océanos. Parece posible que mucha, quizá la mayoría, de la biomasa de la Tierra sea subterránea, un mundo biológico basado en la litotrofía. Aunque el precio metabólico de esta biosfera subterránea parece ser su bajo dinamismo en comparación con cualquier otro ambiente fótico, es probable que la vida sea tan amplia en acontecimientos, y quizá en diversidad celular, como nosotros experimentamos en la superficie.
La fotosíntesis basada en clorofila fue un invento bacteriano. Parece haber aparecido bastante después del establecimiento de la línea bacteriana, durante o antes de la diversificación de la línea liderada por Chloroflexus, un género fotosintético, y después de la profunda divergencia de los liderados por Aquifex y Thermatoga, géneros que no se sabe si tienen representantes fotosintéticos. Por otra parte la mayoría de las bacterias fotosintéticas son anaerobias. La fotosíntesis oxigénica (el mecanismo fotosintético basado en el agua que produce el oxígeno aceptor de electrones) está presente únicamente en el reino Cyanobacteria. Esta novedad cambió profundamente la superficie de la Tierra y convencionalmente se cree que es la base, directa o indirectamente, de la mayoría de la biomasa presente hoy en día.
La fotosíntesis anaerobia está extensamente distribuida en el reino Bacteria. La litotrofía (metabolismo a partir de compuestos inorgánicos) está también extensamente distribuida filogenéticamente, entremezclada con organismos organótrofos. Este patrón sugiere que la organotrofía surgió muchas veces de organismos fotosintéticos o litótrofos. En efecto, muchos ejemplos de Bacteria pueden escoger entre estos tipos de nutrición, siendo fotosintéticos en presencia de luz y litótrofos u organótrofos en la oscuridad. La aparente diversidad metabólica de este tipo de bacterias desmiente el que ésta sea la razón de su cercana relación evolutiva, dejándonos sin alusiones acerca de las grandes similitudes de sus maquinarias básicas. La versatilidad de Bacteria hace que la maquinaria metabólica de Archaea y Eucarya parezca comparativamente monótona.
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