Santiago de Compostela, España – El grupo Inmunología y Genómica del Instituto de Investigaciones Marinas (IIM) está dando cuenta revistas académicas de impacto de sus avances en el marco de la línea de investigación sobre la aplicación de la genómica y biología molecular para incrementar el conocimiento sobre la diversidad marina.
“Los océanos son el gran reservorio de la biodiversidad del planeta, algo fundamental para su funcionamiento, ya que suministra oxígeno y absorbe parte del dióxido de carbono generado por la actividad del ser humano emitido a la atmósfera. Sin embargo, los organismos marinos conocidos probablemente sean solo una pequeña parte de esta biodiversidad marina. Sabemos que hay multitud de organismos microscópicos, desconocidos aún, de los que podemos disponer de su material genético. Tienen, también, una extraordinaria diversidad funcional desconocida y constituyen una reserva excepcional de productos bioactivos”, explica Beatriz Novoa, quien destaca que “esta biodiversidad en ambientes costeros está en peligro por el efecto de las actividades del ser humano y el cambio climático, lo que implica que numerosas especies podrían desaparecer sin haber sido identificadas”.
El estudio de la diversidad funcional y taxonómica de los pequeños organismos marinos se ha realizado, fundamentalmente, centrándose en su morfología. No obstante, en los últimos años, se han ido incorporando nuevas tecnologías basadas en la biología molecular, más precisas y sencillas. En este contexto, el grupo Inmunología y Genómica está desarrollando una línea de investigación al respecto que ha dado resultados destacados recientemente, de los que están dando cuenta en revistas académicas de impacto, tales como Frontiers in Veterinary Science o Science of The Total Environment.
Investigaciones desarrolladas en el marco de un proyecto europeo
En el marco del proyecto europeo (VIVALDI), el grupo ha dedicado varios años al muestreo de la columna de agua y del sedimento en una zona costera de la ría de Vigo, lo que ha permitido identificar, a nivel molecular, tanto bacterias como organismos eucariotas y los cambios estacionales de abundancia, así como especies invasoras que no se habían detectado mediante sistemas tradicionales, potenciales patógenos y especies de fitoplancton tóxicas.
“La mayoría de los patógenos identificados podrían tener un impacto crucial en el sector acuícola o afectar a especies relevantes del ecosistema marino, como las diatomeas”, avanzan.
El grupo también ha puesto el foco en otro tema de interés para las rías gallegas: la vigilancia de la presencia de estas algas tóxicas. Ello se realiza oficialmente con el método de bioensayo para mariscos.
“Aunque las tecnologías moleculares se aplican amplia y rutinariamente en investigación, su transferencia a laboratorios encargados del seguimiento todavía no está consolidada. Así, enfocamos nuestro interés en este grupo de organismos aplicando secuenciación masiva de genes. De esta forma obtuvimos información sobre la composición de microalgas tóxicas. Nuestro estudio reveló la presencia de distintas microalgas nocivas en sedimentos y en fracciones planctónicas. También pudimos identificar especies como Pseudo-nitzschia, e incluso especies no reportadas previamente en el área (P. turgidula)”, explica Antonio Figueras “este enfoque molecular puede complementar a los métodos basados en la morfología, que generalmente carecen de resolución a nivel de especie debido a diferencias morfológicas sutiles o al pequeño tamaño de algunos organismos, y por ser métodos que requieren mucho tiempo y deben ser realizados por personal altamente capacitado con experiencia taxonómica”.
“En el grupo hemos estimado que en torno a un 60% del material genético que podemos secuenciar en una muestra de agua de mar, altamente compleja considerando la diversidad de microorganismos que puede contener, es todavía inclasificable usando algoritmos de comparación de secuencias” añade Magalí Rey-Campos.
El grupo también ha aplicado el conocimiento de genómica y bioinformática para determinar el microbioma de las aguas residuales que se vierten a la ría de Vigo, y ha puesto el foco en especies filtradoras, como el mejillón, que pueden acumular microrganismos debido a su carácter filtrador.
Investigaciones para identificar virus en el ecosistema marino
En otro trabajo, el grupo empleó una aproximación metatranscriptómica, secuenciando RNA que identifica los genes que realmente están activos en los organismos o en el medio ambiente lo que permitió identificar y cuantificar virus, bacterias, protozoos y hongos en moluscos procedentes de distintos lugares del mundo.
La detección de virus es, sin lugar a dudas, la parte más difícil de sus estudios, ya que a diferencia de bacteria o protozoos, no tienen secuencias genéticas fácilmente reconocibles. Empleando la secuenciación de RNA (Metatranscriptomica) el grupo “desenmascaró” el viroma de moluscos, en concreto, los virus RNA, mucho más difíciles de rastrear que los de DNA,
“La identificación de virus y comprensión de la interacción viral con organismos en los ecosistemas marinos está en su infancia. En el grupo ya detectamos la presencia del SARS-Cov2 en la pandemia de COVID no solo en depuradoras distribuidas por toda Galicia sino también en el agua de mar cercana a los efluentes y en los sedimentos y organismos marinos. La metatranscriptómica podría convertirse en una herramienta útil para identificar virus mediante un enfoque amplio y el creciente número de genomas y secuencias virales depositado en una base de datos públicas”, destaca Antonio Figueras.
En total, en este trabajo los investigadores del IIM detectaron 50 virus, de los cuales 33 fueron considerados nuevos virus debido a su divergencia con respecto a aquellos conocidos. Los más relevantes fueron los virus RNA monocatenarios: picornavirus, nodavirus y rhabdovirus. Entre los resultados destaca el elevado número de rhabdovirus hallados en los cefalópodos.
“Con este trabajo se confirma la utilidad de las técnicas de secuenciación masiva como una gran herramienta para monitorear y diagnosticar patógenos y para prever y explicar posibles mortalidades masivas que, a día de hoy, o pasan desapercibidas o son inexplicables con las técnicas y metodologías empleadas. Continuaremos desarrollando nuevas tecnologías complejas de genómica y bioinformática que permitirán conocer la gran diversidad de microorganismos en los océanos, fundamentalmente en los ambientes costeros gallegos, que son de los pocos lugares en el mundo en los que se produce el fenómeno de afloramiento”, avanzan desde el grupo.
Referencias bibliográficas
Ríos-Castro R, Romero A, Aranguren R, Pallavicini A, Banchi E, Novoa B, Figueras A. High-throughput sequencing of environmental DNA as a tool for monitoring eukaryotic communities and potential pathogens in a coastal upwelling ecosystem. Frontiers in Veterinary Science 2021. 8: 765606.
Novoa B, Ríos-Castro R, Otero-Muras I, Gouveia S, Cabo A, Saco A, Rey-Campos M, Pájaro M, Fajar N, Aranguren R, Romero A, Panebianco A, Valdés L, Payo P, Alonso AA, Figueras A, Cameselle C. Wastewater and marine bioindicators surveillance to anticipate COVID-19 prevalence and to explore SARS-CoV-2 diversity by next generation sequencing: One-year study. Sci Total Environ. 2022;833:155140. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.155140.
Ríos-Castro, Adrián Cabo, Eva Teira, Claudio Cameselle, Susana Gouveia, Pedro Payo, Beatriz Novoa, Antonio Figueras. High-throughput sequencing as a tool for monitoring prokaryote communities in a wastewater treatment plant. Sci Total Environ. 2023;861:160531. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.160531
Ríos-Castro R, Novoa B, Hernández-Urcera J, Rodríguez F and Figueras A (2023) Harmful algae diversity from a coastal upwelling system detected by high-throughput sequencing. Front. Mar. Sci. 10:1200135. doi: 10.3389/fmars.2023.1200135
Rey-Campos M, Ríos-Castro R, Gallardo-Escárate C, Novoa B, Figueras A. Exploring the Potential of Metatranscriptomics to Describe Microbial Communities and Their Effects in Molluscs. Int J Mol Sci. 2022;23(24):16029. doi: 10.3390/ijms232416029.
Rey-Campos González-Vázquez LD, Novoa B, Figueras B. Metatranscriptomics unmasks Mollusca virome with a remarkable presence of rhabdovirus in cephalopods. Front. Mar. Sci., 22 2023 https://doi.org/10.3389/fmars.2023.1209103
