Resumen: Los organismos del dominio Archaea pueden jugar un rol más importante en el ciclo del nitrógeno de lo que se pensó. Un reciente análisis genético de muestras de suelo indica que las crenarchaeota son las criaturas edáficas más abundantes que oxidan el amoníaco. La combinación de amoníaco con oxígeno forma nitratos, que son utilizados como nutrientes por las plantas.





Basado en un lanzamiento de la Universidad de Penn State

“…algún pequeño estanque cálido, con todo clases de amoníaco y sales fosfóricas, luz, calor, electricidad, etc…”, Charles Darwin, en los orígenes de la vida en los fondos de marea. Crédito de la imagen: Smithsonian

Un análisis genético de muestras de suelo indica que un grupo de organismos llamados crenarchaeota son las criaturas de la Tierra más abundantes que oxidan amoníaco, de acuerdo a un grupo internacional de investigadores de Noruega, Alemania, el Reino Unido y los Estados Unidos.

Los microbios del suelo, en un proceso conocido como nitrificación, combinan el amoníaco con el oxígeno para formar nitratos, que son utilizados como nutrientes por las plantas.

“La oxidación del amoníaco es un paso importante en el ciclo del nitrógeno, que durante los últimos 100 años se creía que sólo era realizado por las bacterias”, dijo Christa Schleper, profesora de Biología Molecular de Archaea en la Universidad de Bergen, Noruega.

El descubrimiento fue posible gracias a una combinación de diferentes técnicas, desde la biología molecular y la bioquímica, hasta la metagenómica. Usando una nueva técnica de secuenciación y herramientas bioinformáticas, Stephan C. Schuster, profesor asociado de bioquímica y biología molecular en la universidad Penn State, y sus colaboradores, midieron con precisión las cantidades de bacterias y archaea activas en complejas mezclas de organismos del suelo. El grupo de investigación internacional anunció sus descubrimientos el 17 de agosto en la revista Nature.

Los archaea son microbios unicelulares que, junto con las bacterias, constituyen una categoría de pequeños organismos cuyo material genético, o ADN, no se encuentra en un núcleo definido (como en los animales o las plantas). Las crenarchaeota, que pertenecen a las archaea, se encuentran en hábitats variados, incluyendo el suelo.

“Creemos que las crenarchaeota edáficas obtienen su energía de la oxidación del amoníaco”, dijo Schuster. “Pero todavía no sabemos si también pueden obtener energía por otros medios. Sus homólogos bacterianos pueden realizar la oxidación sólo del amoníaco y la urea y nada más”.

Durante un estudio reciente de una colección de genes de microorganismos, los investigadores se habían topado con un gen particular, responsable de la producción de una enzima clave utilizada para la oxidación del amoníaco.

El gen fue encontrado posteriormente en una familia marítima de archaea que utiliza el amoníaco como su única fuente de energía. Los investigadores examinaron muestras de suelo de doce tierras vírgenes y agrícolas, de tres zonas climáticas distintas, para ver si tales organismos oxidantes del amoníaco estaban presentes también en ecosistemas terrestres.

“Hemos medido la abundancia del gen particular de crenarchaeota junto con el mismo tipo de gen de las bacterias”, explicó Schleper.

El conteo sugiere que las copias del gen de archaea en las muestras de suelo eran 3000 veces más abundantes que las copias del gen bacteriano. Altas cantidades de lípidos específicas de la crenarchaeota confirmaron la presencia del organismo.

Árbol de la vida, dividido entre los tres mayores grupos celulares, aquellos con y sin núcleo (Procariotas bacterianos, y Eucariotas animales), precedidos por la raíz del árbol, Archaea.

En la Universidad de Estado de Pensilvania (Penn State), Schuster usó una técnica novedosa para secuenciar directamente sólo la porción transcrita del genoma de los organismos edáficos, dando prueba, de esta forma, de que las crenarchaeota es de hecho un residente activo y no inerte del suelo.

El conteo del gen de crenarchaeota tampoco cambia con la profundidad del suelo, mientras que los valores del gen bacterial caen significativamente a medida que se profundiza en el mismo.

“Podría significar que pueden oxidar el amoníaco al menos con menos oxígeno, y probablemente con menos amoníaco, pero no lo sabemos con seguridad. Nuestros datos claramente revelan que las archaea son más versátiles en su estilo de vida que las bacterias”, dijo Schuster, también investigador en el Centro para la Dinámica de Enfermedades Infecciosas y Genómica Comparativa y Bioinformática de Penn State.

A pesar de su abundancia, no es claro todavía si la crenarchaeota oxida más amoníaco que las bacterias comunes, y lo que esto podría significar para el impacto ecológico de la oxidación del amoníaco, o el ciclo del nitrógeno. “Tendremos que estudiar la actividad de nitrificación de archaea y su bioquímica subyacente”, dijo Schleper, quien inició el estudio.

“Quizás los valores medidos de gases de invernaderos tales como el óxido nítrico y el óxido nitroso, no son producidos por las bacterias, sino por un grupo muy diferente de organismos, las archaea”, dijo Schleper. “Pero no está claro si las archaea forman estos gases como bioproductos y en qué cantidad. Esto sólo se conoce de ciertas bacterias respectivas”, agregó Schleper.