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Islas Baleares: Pseudomonas stutzeri, util para la desnitrificación biológica de aguas contaminadas

13 junio, 2012
El ‘primer’ genoma de Baleares. elmundo.es. 12/06/12. Existen bacterias que viven de los hidrocarburos, los devoran; otras comen metales y, también, están las que se desarrollan en entornos muy tóxicos, como los ricos en arsénico, que pueden aprovechar este veneno energéticamente. El descubrimiento de las extraordinarias capacidades de las bacterias ya comenzó a interesar a la industria en las últimas décadas del siglo XX y, en la actualidad, la búsqueda de microorganismos especialistas en la degradación de compuestos químicos tóxicos y otros residuos peligrosos, se ha convertido en una de las áreas con mayor potencial de la biotecnología.
Islas Baleares: Pseudomonas stutzeri, util para la desnitrificación biológica de aguas contaminadas
Colonias de la bacteria ‘Pseudomonas stutzeri’, cepa ZoBell
Desafortunadamente, de las bacterias conocemos la cara menos amable, ligada casi siempre a enfermedades que atacan al hombre, a los animales o a las plantas, e ignoramos que estos casos son una excepción, ya que la mayoría desempeñan funciones imprescindibles o facilitadoras para que continúen los ciclos biogeoquímicos.
Esta mala fama de las bacterias, afecta también al grupo de Pseudomonas, que incluye a muchas beneficiosas para los ecosistemas por su poder de biodegradación de compuestos orgánicos, pero que ha saltado a los medios por sus ‘ovejas negras’, como pueden ser algunas cepas de P. aeruginosa, resistentes a muchos de los antibióticos usados normalmente en clínica. Las Pseudomonas son bacterias muy comunes tanto en el suelo como en el agua, pudiéndose encontrar también en las superficies de plantas y animales. Debido a su capacidad de movimiento, y a su gran versatilidad metabólica han colonizado numerosos ambientes naturales, de forma que su distribución es casi universal.
El grupo de investigación en Microbiología del Departamento de Biología de la Universitat de les Illes Balears comenzó ya en la década de los ochenta a estudiar el funcionamiento de las bacterias del medio ambiente, centrándose en un grupo de microorganismos capaces de eliminar contaminantes derivados del petróleo, como el naftaleno.
Y, posteriormente, entre los años 2000 y 2006, participó en un estudio internacional en el que sentaron las bases para una identificación de las especies del género de bacterias Pseudomonas. Recientemente este grupo ha secuenciado el genoma de la cepa ZoBell de la especie Pseudomonas stutzeri, y su trabajo ha sido publicado en el Journal of Bacteriology, una de las principales revistas de la Sociedad Americana de Microbiología.
Este trabajo ha sido posible, en parte, gracias a la ayuda obtenida por el grupo de Microbiología a través del proyecto de investigación Genómica comparada de Pseudomonas stutzeri: implicaciones ecológicas y evolutivas, del que Antoni Bennasar es el investigador principal y que ha sido financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad.
Desnitrificación biológica
Pseudomonas stutzeri, especie a la cual pertenece la cepa ZoBell secuenciada por el equipo de la UIB, es una de las especies genéticamente más diversas que se ha descrito hasta el momento. Las diferentes cepas de esta especie están implicadas en actividades metabólicas relevantes tanto aeróbicas –biodegradación de contaminantes orgánicos, oxidación de compuestos inorgánicos o resistencia a metales tóxicos– como anaeróbicas y, entre estas últimas está la desnitrificación biológica, un proceso natural de eliminación de los nitratos presentes en el medio ambiente.
«Este microorganismo es muy efectivo eliminando nitratos y pasándolos a nitrógeno gas en condiciones anóxicas –de carencia de oxígeno–», explica Bennasar, «lo que lo convierte en una especie bacteriana de gran interés en el campo de la biotecnología ambiental, sobre todo en regiones como Baleares donde existen áreas con problemas de nitratos en aguas potables y subterráneas».
En el caso concreto de la cepa secuenciada por este equipo, se trata de un aislamiento de origen marino que está considerado como un microorganismo modelo en el estudio de los procesos de desnitrificación microbiana en el medio ambiente. De este modo, la cepa ZoBell se considera un objeto de estudio de especial interés con vistas a investigar posibles aplicaciones para resolver una de las problemáticas medioambientales más comunes causadas por la actividad humana como es la contaminación por nitratos.
Métodos bioinformáticos
Es muy común observar cómo en muchos acuíferos subterráneos se da un incremento de los niveles de nitratos –sales muy solubles- como consecuencia de las prácticas de ganadería y agricultura intensiva. Aunque la situación es muy diferente en los diferentes municipios de las islas, los problemas más graves se presentan en zonas como el Plà de Sa Pobla, donde la media supera con creces el máximo de 50 mg/l de nitrato en el agua potable que permite la normativa en Europa.
El genoma de la cepa ZoBell de Pseudomonas stutzeri se ha determinado aplicando tecnologías de secuenciación de alta eficiencia y de última generación (pirosecuenciación con 454 GS-FLX Titanium, Illumina y Ion Torrent), como también los más modernos métodos bioinformáticos. Su caracterización y anotación ha permitido poner de manifiesto que tiene 4,9 millones de nucleótidos –moléculas que son la unidad estructural básica de los ácidos nucleicos– y que éstos codifican para un total de 4.232 proteínas, muchas de las cuales se desconoce su función.
El genoma de ZoBell se ha depositado en el GenBank, que es la base de datos de disponibilidad pública de secuencias de ADN de los Estados Unidos.
Descifrar genomas
La obtención de genomas bacterianos ha supuesto una revolución en Microbiología, pues permite, entre otras cosas, identificar nuevos aspectos desconocidos sobre la biología de estos microorganismos y a partir de ahí intentar averiguar la funcionalidad de estos seres vivos con respecto a cada uno de los ambientes específicos de procedencia.
Parte de la investigación que ha dado lugar a la secuenciación de la cepa ZoBell se ha desarrollado en el marco del proyecto Genómica Comparada Microbiana (MICROGEN), financiado por el programa CONSOLIDER, en el que este grupo participa junto con otros nueve centros de investigación genómica españoles. En el caso del equipo de la UIB la investigación está orientada a las aplicaciones de interés ambiental, pero el proyecto en conjunto abarca otras áreas en las que se incluyen, tanto bacterias patógenas como otras de interés para el sector industrial y agroalimentario, que están investigando equipos de otras universidades o centros de conocimiento.
La capacidad para secuenciar genomas se ha desarrollado a un ritmo vertiginoso en los últimos tiempos y uno de los objetivos de este grupo es estar a la cabeza en el desarrollo de técnicas de secuenciación masiva de genomas y de las herramientas bioinformáticas necesarias para su comprensión. Descifrar el genoma es la clave para encontrar nuevas aplicaciones.