Estructura y metabolismo de la comunidad de procariotas en crecimientos macroscópicos presentes en un drenaje ácido procedente de una mina de mercurio abandonada (Los Rueldos, Mieres, Asturias, España)

Abstract

El drenaje ácido de minas, derivado de las actividades humanas extractivas de mineral constituye uno de los mayores problemas ambientales que se conocen. Los ecosistemas que surgen en esos drenajes se consideran ¿extremos¿ y la vida asociada a tales condiciones es, eminentemente, procariota. La mina de mercurio abandonada de Los Rueldos (Mieres, Asturias) constituye un ejemplo de ambiente extremo, donde vive una comunidad peculiar de procariotas. La moderada complejidad característica de las poblaciones de procariotas de ese hábitat las hace susceptibles de análisis aplicando las técnicas más actuales de biología molecular, lo que motiva que el sitio constituya un laboratorio natural muy útil para investigar problemas fundamentales relacionados con la genómica evolutiva que dirige la adaptación microbiana a ambientes extremos. Con el fin de abordar esas cuestiones hemos llevado a cabo un análisis basado en la Biología de Sistemas, aplicando metodologías ¿ÓMICAS¿ a tres comunidades de procariotas que viven formando estructuras macroscópicas. Con el fin de establecer la base de nuestro estudio, hemos realizado un análisis detallado de la diversidad de procariotas en dichas comunidades microbianas a partir de librerías de clones del gen que codifica el ARN ribosomal 16S y mediante piro-secuenciación de regiones hipervariables contenidas en el mismo. El aspecto más interesante observado en los resultados correspondientes ha sido la detección de una fracción nueva de ultra-microarqueas, relacionadas con nanoorganismos descubiertos recientemente en esos ambientes ácidos, con tamaños que los sitúan en el límite conceptual que se considera mínimo para desarrollar una vida independiente. Mediante la utilización de técnicas de alto rendimiento a partir de extractos genómicos y proteómicos de muestras microbianas ambientales, hemos procedido a la reconstrucción tentativa tanto del metagenoma como del metaproteoma de las formaciones de procariotas más manifiestas de Los Rueldos. La reconstrucción del metagenoma de Los Rueldos se ha llevado a cabo mediante la obtención de más de 106 lecturas de secuencia (con una longitud media de ~400 pb) utilizando la tecnología 454 de piro-secuenciación, que ha permitido reconstruir ~40 Mpb de metasecuencia. De esta forma obtuvimos ~25% de pautas abiertas de lectura, de las cuales ~50% se identificaron como proteínas hipotéticas o proteínas sin función conocida, revelando el carácter completamente nuevo de los genomas recuperados de este ambiente. Además, la reconstrucción de perfiles COG y KEGG y su comparación con el metagenoma de las formaciones microbianas macroscópicas de la mina ácida mejor estudiada hasta la fecha (mina Richmond, California) ha revelado una escasa homología en cuanto a la funcionalidad de ambos sistemas. Adicionalmente, con el fin de evaluar qué parte de los metagenomas es funcional, se realizó un análisis metaproteómico cuantitativo a partir de un extracto proteico obtenido directamente del ambiente. La aproximación experimental, recientemente descrita e independiente de marcaje, nos permitió recuperar, identificar y cuantificar 3.407 proteínas. Esta nueva aproximación experimental ha permitido analizar de forma precisa el metabolismo global de muestras microbianas medioambientales y tiene, por tanto, un claro interés en los estudios de ecología microbiana. Finalmente, nos propusimos describir las nuevas ultra-microarqueas encontradas en Los Rueldos desde un punto de vista genómico, para lo cual llevamos a cabo una selección por tamaño de las mismas y, tras la amplificación de sus genomas, aplicamos la tecnología Illumina de secuenciación, que nos permitió reconstruir alrededor de 22 Mpb de metasecuencia y un fragmento de ~1 Mpb que podría constituir un nuevo genoma. El análisis de los datos obtenidos nos ha permitido aportar información sobre el significado funcional de estos singulares microorganismos que habitan esos ecosistemas.