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ecología microbiana

Comunidades microbianas presentes en suelos de la Isla Rey Jorge (Antártida marítima), con particular atención en los organismos que participan en el ciclo biogeoquímico del nitrógeno. Cambios estacionales y anuales en la composición de las comunidades.

 

INSTITUTO DE INVESTIGACIONES BIOLÓGICAS CLEMENTE ESTABLE 

Área Ciencias Microbiológicas

LABORATORIO DE ECOLOGÍA MICROBIANA: MICROBIOLOGÍA MOLECULAR

BIOQUÍMICA Y GENÓMICA MICROBIANA | ECOLOGIA MICROBIANA

Tomado de http://iibce.edu.uy/LEM/MIMOL/lineasdeinvestigacion5.htm

La mayor parte de este continente está cubierto por una gruesa capa de hielo permanente y eso determina que el 70% del agua dulce del planeta esté contenida en esta región. Las áreas que carecen de hielo permanente son escasas, se encuentran generalmente en las costas y representan el 2% de la superficie de este continente. Algunas de estas regiones están ubicadas en la denominada Antártida marítima, claramente diferente de la Antártida continental en lo que refiere a clima, fauna y flora. La Antártida marítima tiene un clima menos riguroso y más húmedo que la región continental y esta diferencia está asociada al desarrollo de una limitada vegetación y fauna más diversa y abundante que la presente en el resto del continente.

Tapete microbiano con cobertura de briofitas

 

Tapete microbiano béntico

 

Colecta de muestras en Halfthree Point

La Base Científica Antártica Artigas está ubicada en la península Fildes, al sur de la isla Rey Jorge (25 de mayo). Esta isla forma parte del archipiélago denominado South Shetland. Este grupo de islas está ubicado al oeste de la península Antártica y está separado de Tierra del Fuego por el Pasaje Drake. Las regiones aledañas a la base uruguaya carecen de cobertura de hielo permanente. Durante el período estival, estos suelos están parcialmente cubiertos de hielo alternándose con pequeñas áreas cubiertas de carpetas de algas, hongos y briofitas. La temperatura durante este período varia en un entorno de 0-5ºC y los suelos tienen una considerable humedad proveniente tanto de las lluvias como del descongelamiento parcial del Glacial Collins. En esta isla se han instalado bases de diversos países, lo que conlleva un casi inevitable impacto ambiental.

Objetivo del Proyecto:

Nuestro trabajo tiene como objetivo describir las comunidades microbianas presentes en determinados ecotipos terrestres localizados en las cercanías de la Base Científica Antártica Artigas.

Este trabajo se desarrolla con especial énfasis en una parte del ciclo global del nitrógeno: la reducción biológica del nitrógeno atmosférico (N2) a amonio (NH4+).

En este proyecto se analizan los cambios que se producen en estas comunidades a lo largo de cada estación estival, y también los que se generen en el correr de períodos de tiempo mayores, como consecuencia de factores climáticos, humanos, etc.

 

¿Qué es la biodiversidad o diversidad biológica?

Este término se emplea para referirse a la diversidad de la vida sobre la tierra desde el nivel genético hasta el nivel de ecosistema.

Es decir, las todas las plantas, animales y microorganismos: los genes que contienen y los ecosistemas que ellos habitan.

Nuestra idea de los microorganismos se asocia generalmente a patógenos, responsables de causar enfermedades, malos olores o deterioro de alimentos.

Sin embargo, la mayoría de los microorganismos no son patógenos, sino que son componentes esenciales en los distintos ecosistemas y a escala global, dirigen procesos claves en los ciclos biogeoquímicos de los elementos esenciales para la vida como el carbono, nitrógeno y azufre.

 

Ciclo del Nitrógeno:

El ciclo biogeoquímico del nitrógeno consiste en múltiples transformaciones químicas de compuestos nitrogenados (reacciones de reducción-oxidación), catalizadas principalmente por organismos procariotas. En los ecosistemas naturales, el N2 que satura nuestro planeta no está disponible en ausencia de organismos procariotas capaces de reducirlo.

La disponibilidad de nitrógeno reducido asimilable, por ejemplo, el amonio o sus productos de oxidación como el nitrato, pueden entonces limitar la productividad en los sistemas oceánicos abiertos y sólo secundan al agua como un factor limitante en la fertilidad de las tierras áridas.

Aunque los ecosistemas naturales como el antártico pueden ser considerados como inherentemente limitados en nitrógeno, pueden suministrarnos pistas para lograr un balance sostenido del nitrógeno en otros sistemas que han sido intensamente modificados por la actividad humana.

Aunque el ciclo biogeoquímico del nitrógeno es altamente complejo, nuestro trabajo actual se restringe a la fijación del N2 a amonio mediante el complejo enzimático nitrogenasa (identificado sólo en procariotas).

Un ecosistema ideal para estudiar el ciclo del nitrógeno debería ser un sistema aislado de influencias externas que puedan alterar el flujo normal de material hacia fuera y dentro del mismo. Un sistema ideal podría ser un sistema "cerrado" en el cual todos los componentes y sus cambios puedan ser cuidadosamente medidos. Los sistemas naturales no pueden ser realmente considerados como sistemas "cerrados", dado que las influencias externas participan en el mismo independientemente de cuan aislado parece estar.

La Antártida nos suministra una única oportunidad de estudiar sistemas biológicos terrestres naturales en los cuales el número de variables externas y su influencia parece estar reducida en comparación con otros ecosistemas.

 

Estrategia de estudio:

En las últimas dos décadas, nuestra percepción acerca la biodiversidad microbiana ha sufrido cambios muy profundos.

La introducción y el desarrollo acelerado de las herramientas de la Genética Molecular durante este período de tiempo nos ha permitido explorar el universo microscópico sin la necesidad de emplear un microscopio.

Actualmente podemos ver e identificar los distintos grupos de microorganismos que habitan naturalmente los ecosistemas, a través de su ADN.

Así hemos descubierto una gran cantidad de microorganismos nuevos en ambientes relativamente conocidos, como suelos de explotación agraria hasta aquellos denominados extremos como desiertos, géiseres y glaciares.

De esta forma, nos hemos dado cuenta que la mayoría de los microorganismos presentes en el ambiente no se pueden cultivar en el laboratorio.

Sólo el 1% de las especies que pudieran existir en ambientes naturales se encuentra preservada ex situ; es decir, en forma de cultivos puros, en las 900 colecciones registradas en la Federación Mundial de Colecciones de Microorganismos.

La principal característica del abordaje Molecular, es la de prescindir de una estrategia de aislamiento y cultivo de los microorganismos del ambiente para identificarlos; sólo es necesario extraer una pequeña cantidad de ADN del ambiente.

Esto se torna particularmente relevante si tenemos en cuenta que la gran mayoría de los microorganismos aún no se han cultivado en el laboratorio.

De todos modos y a pesar de estos avances y de la posibilidad cierta de identificar in situ aquellos grupos cuyas condiciones de cultivo todavía no se han establecido, debemos admitir que nuestro conocimiento sobre este universo es todavía muy rudimentario.

Así, nos encontramos todavía muy lejos de poder comprender la dinámica de los ecosistemas microbianos, responsables del mantenimiento del balance químico de la biosfera.

Nuestro trabajo en particular consiste en el aislamiento del ADN genómico ambiental y su empleo como templado para reacciones de “polymerase Chain reaction” (PCR).

Estas reacciones están diseñadas para amplificar determinados fragmentos de ADN (genes) a los efectos de asignar una identificación molecular a los organismos presentes en la muestra y, por otro lado, establecer el perfil de marcador moleculares asociados a la presencia de organismos fijadores de nitrógeno.

Cada muestra contiene productos de amplificación de PCR correspondiente a la secuencia de un gen determinado. Diferentes géneros y poblaciones (diferentes especies) pueden estar representados en una muestra. La complejidad (diversidad) e identidad (de los miembros en forma individual) se estima mediante la construcción de bibliotecas genómicas a partir de cada muestra, las cuales, previo mapeo por análisis de restricción, se utilizan para el posterior análisis filogenético y de secuencia de ADN.

 

referencias:

ESTUDIO MOLECULAR DE COMUNIDADES MICROBIANAS DIAZÓTROFAS EN LA ANTÁRTIDA MARÍTIMA.

Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable

Avenida Italia 3318

Montevideo-Uruguay

Tel: (598-2) 487-1616 Fax: (598-2) 487-5548
http://iibce.edu.uy/

 

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