Agricultura y biodiversidad

Microbios bajo vigilancia

actualidad — por el 08/11/2013 a las 12:36

La comunidad microbiana del suelo de la Pampa húmeda es indagada en detalle por un consorcio científico formado por once grupos de investigación de la Argentina, y financiado por la Agencia de Promoción Científica. Con el fin de medir el impacto de la agricultura sobre del suelo, una de las tareas consiste en comparar los genomas microbianos de suelos agronómicos con los de suelos no agronómicos.

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Cultivo de soja en un campo del sur de la provincia de Santa Fe. Foto: Seba864/Wikipedia

Cultivo de soja en un campo del sur de la provincia de Santa Fe. Foto: Seba864/Wikipedia

Entrevista a Nicolás Rascovan

Descargar archivo MP3 de Nicolás Rascovan

La Pampa húmeda, con 60 millones de hectáreas de extensión, se encuentra ocupada, en un 90%, por cultivos de alto rendimiento, principalmente soja, trigo y maíz. Desde la década de 1980 esas tierras han sufrido grandes transformaciones, y existe la preocupación por el impacto de esas prácticas sobre las propiedades del suelo y, en particular, sobre las comunidades microbianas. Estas cumplen un rol fundamental en los procesos biológicos y químicos que garantizan la disponibilidad de nutrientes en el suelo.

Un consorcio, bautizado SoilGeNe, formado por once grupos de investigación de la Argentina, y coordinado por Alejandro Mentaberry, profesor en Exactas-UBA, se encuentra analizando una gran cantidad de información extraída del suelo de la región pampeana, con el objetivo de conocer en profundidad la identidad genética de la comunidad microbiana que, con su actividad permanente, da forma y contenido a un suelo reconocido por su fertilidad. Se trata de un Programa de Áreas Estratégicas, financiado por la Agencia de Promoción Científica, e iniciado en 2006. El proyecto se concretó en 2010 con la llegada del primer equipo para secuenciación de ADN de alto rendimiento (454-FLX) a nuestro país, que tiene un costo de alrededor de 700 mil dólares y permite generar grandes volúmenes de datos desde el punto de vista genómico.

“Este es el primer estudio de metagenómica de suelos de esta envergadura que se realiza en nuestro país, y nuestra base de datos es una de las pocas que se encuentra disponible para ser usada, en forma pública, por cualquier  grupo de investigación”, señala el biólogo Nicolás Rascován, becario doctoral de Exactas-UBA, que actualmente se encuentra trabajando en el Instituto de Agrobiotecnología de Rosario (INDEAR), bajo la dirección de Martín Vázquez.

Teniendo en cuenta que la agricultura genera una degradación paulatina de los suelos, pues disminuyen la materia orgánica y los nutrientes, los investigadores se propusieron determinar qué sucede con las comunidades microbianas. De hecho, tanto los nutrientes como la materia orgánica son consecuencia de la actividad microbiológica en el suelo.

Con el fin de estudiar el impacto de la agricultura sobre la comunidad de microorganismos del suelo, los investigadores toman muestras de campos agronómicos y campos no agronómicos. Hasta el presente, han obtenido unas 19 millones de secuencias de ADN, y 8 mil millones de pares de bases de ADN, provenientes del universo de microorganismos del suelo, y esta información permite detectar miles de genes, proteínas y enzimas, según se informa en un artículo que acaba de publicarse en Microbiome.

El consorcio SoilGeNe está organizado en tres plataformas, o conjuntos de grupos de investigación: la primera se ocupa de seleccionar los sitios de muestreo, tomar las muestras del suelo y hacer el análisis fisicoquímico de ellas; la segunda es la de genómica y bioinformática, que es responsable de generar los datos y analizarlos. Por último, una tercera plataforma recibe los datos y los puede utilizar en sus propios proyectos, por ejemplo, encontrar  proteínas que pueden ser aplicadas en biotecnología.

Un genoma en un pajar

Lo innovador del proyecto es el empleo de la técnica conocida como metagenómica. Mientras que la genómica consiste en estudiar genomas individuales, la metagenómica se aplica para investigar una comunidad ambiental, con infinidad de organismos y distintos genomas, que no se pueden separar unos de otros. “Lo que se hace es extraer el ADN de toda la comunidad, y trabajar con la información de los genomas mezclados”, destaca Rascovan, que junto con Martín Vázquez y María Belén Carbonetto, conforman la Plataforma de Genómica y Bioinformática.

El secuenciador de ADN genera archivos de texto que dan cuenta de las secuencias genéticas, pero éstas están mezcladas. El trabajo de los investigadores, luego, consiste en armar ese rompecabezas con la ayuda de bases de datos que contienen genomas de los organismos que ya se conocen.

“Una vez que identifico a qué organismo pertenece cada secuencia, o cuál es el organismo más similar, se pueden responder dos preguntas: quiénes están y en qué abundancia”, explica Rascovan.

El estudio de las secuencias genéticas y las proteínas correspondientes también informa sobre el tipo de metabolismo de los organismos presentes en el suelo. “Se puede estudiar, por ejemplo, el metabolismo del nitrógeno o el del carbono, y hallar proteínas relacionadas con la fijación de nitrógeno o con la degradación de polisacáridos complejos de restos vegetales como la celulosa y la hemicelulosa”, detalla Rascovan.

En resumen, estos estudios permiten saber no sólo quiénes están en el suelo, y en qué proporción, sino también qué metabolismos son predominantes en cada tipo de suelo.

María Belén Carbonetto, Nicolás Rascován y Martín Vázquez.

María Belén Carbonetto, Nicolás Rascován y Martín Vázquez.

El nuevo método

Tradicionalmente, para estudiar organismos del suelo, se tomaba una muestra y se colocaba en un medio de cultivo, hasta formar colonias de microorganismos individuales. Luego se podían caracterizar y estudiar sus propiedades biológicas. Pero este enfoque tiene una limitación: “El 99% de los microorganismos que hay en el ambiente, en general, y en el suelo en particular, no se pueden cultivar en el laboratorio. Por lo tanto, no se los puede identificar ni estudiar”, reflexiona Rascovan. La opción frente al método clásico es la metagenómica.

“Con este enfoque, que en el mundo se inició en 2005, y en la Argentina en el año 2010, se han encontrado diversas especies que no se sabía que existían”, subraya el investigador.

El nuevo método ha permitido identificar ciertos grupos taxonómicos muy generales, que hasta hace 10 años no se conocían. Ahora se sabe que están en el suelo y que son muy abundantes.

Rascovan adelanta algunos resultados del proyecto: “Si bien las comunidades de suelos agronómicos y no agronómicos son distintas, la diferencia se da más en cuanto a las proporciones entre los organismos y no tanto en quiénes están y quiénes no están”. Y destaca: “Lo más interesante que encontramos es que en los campos agronómicos, pese a los menores niveles de materia orgánica, no habría pérdidas significativas en la biodiversidad del suelo”.

En los estudios metagenómicos existen dos técnicas principales. Una posibilidad es secuenciar al azar todo lo que hay, cualquier secuencia que aparezca. Otra posibilidad es centrarse en un gen en particular, por ejemplo, uno que permita establecer la identidad taxonómica, como el gen de la subunidad pequeña ribosomal (16S en bacterias), que se  encuentra en todas las especies que existen sobre la Tierra, ya sean animales, plantas, hongos o  bacterias. La primera permite hacer estudios metabólicos y bioprospección de enzimas de interés, pero es mucho más caro y complejo de analizar. La segunda es muy utilizada para estudios de ecología microbiana puesto que permite analizar la riqueza y diversidad e identificar qué organismos están presentes en una muestra.

“Más allá de los resultados que se obtengan, este proyecto tiene un valor extra, el de haber desarrollado metodologías para tecnologías que hasta ahora no existían en la Argentina, y haber formado recursos humanos para trabajar con ellas”, recalca Rascovan, y concluye: “Parte del valor de este trabajo fue iniciar en la Argentina un área que en el mundo está en pleno desarrollo. Ahora ya hay gente formada, y muchas técnicas puestas a punto. Y es importante que otros investigadores se animen a trabajar con ellas”. De hecho, los equipos y las técnicas están a disposición de cualquier grupo de investigación de la Argentina que así lo requiera, mediante el servicio de Genómica y Bioinformática que ofrece el INDEAR.

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