Microorganismos diminutos, grandes consecuencias climáticas

La Ciencia

Los polifenoles son un grupo diverso de compuestos orgánicos producidos por las plantas. Estos compuestos a menudo son tóxicos para los microorganismos. En las turberas, los científicos pensaban que los microorganismos evitaban esta toxicidad degradando los polifenoles utilizando una enzima que requiere oxígeno. Sin embargo, cuando hay poco o nada de oxígeno, como después de inundaciones debido al deshielo inducido por el clima, la enzima está inactiva y los polifenoles se acumulan. Esto inhibe el ciclo del carbono de los microbios. En este estudio, los científicos extrajeron datos de miles de genomas microbianos recuperados de Stordalen Mire, una turbera ártica en Suecia. Descubrieron que estos microorganismos utilizaban enzimas alternativas activas en polifenoles, con y sin oxígeno. El estudio destaca la importancia de los polifenoles en la dinámica del carbono de las turberas. También sugiere que el carbono almacenado en estos ecosistemas tiene un mayor riesgo de liberarse a la atmósfera por el cambio climático de lo que se pensaba anteriormente.

El Impacto

Las turberas árticas almacenan vastas cantidades de carbono. A medida que las temperaturas globales aumentan y los ambientes cambian en respuesta, la estabilidad del carbono almacenado en estos hábitats se ha convertido en una preocupación apremiante. Los investigadores profundizaron en el microbioma del suelo, examinando las funciones de miles de microorganismos en un ecosistema de turbera ártica. Contrariamente a las suposiciones anteriores, el estudio reveló que muchos microorganismos metabolizan los polifenoles. Los científicos habían creído que esta compleja clase de compuestos de carbono era inerte y una parte importante del almacenamiento de carbono. Armados con esta nueva comprensión, los científicos están mejor equipados para pronosticar los impactos del cambio climático en los ecosistemas árticos y diseñar estrategias específicas para mitigar estos efectos.

Resumen

Las turberas han intrigado a los científicos durante mucho tiempo como reservorios de carbono terrestre, sin embargo, el papel de los microorganismos en el ciclo del carbono ha sido enigmático. Contrariamente a las suposiciones anteriores, esta nueva investigación desafía la idea de que los microorganismos de las turberas degradan exclusivamente los polifenoles en condiciones oxigenadas utilizando fenol oxidasa. Tomando como base conocimientos derivados de otros ambientes con poco oxígeno, como el intestino humano y el rumen, donde las enzimas y las vías alternativas metabolizan los polifenoles, el equipo de investigación desarrolló una novedosa herramienta computacional para perfilar rápidamente el metabolismo de los polifenoles en genomas microbianos. Este software, aplicado a miles de genomas microbianos muestreados de una turbera ártica, reveló una asombrosa diversidad de vías bioquímicas transformadoras de polifenoles. Notablemente, ciertos microorganismos codificaron una profusión de estos genes, lo que significa una destreza en la degradación de polifenoles. Además, los hallazgos resaltan la adaptabilidad de la expresión génica microbiana a los cambios en las condiciones redox del suelo en todo el paisaje.

Al descubrir esta bioquímica oculta, esta investigación es pionera en una nueva comprensión del ciclo del carbono en estos ecosistemas críticos para el clima. Estas ideas no solo amplían el conocimiento del metabolismo microbiano, sino que también subrayan la compleja interacción entre los microorganismos y la dinámica del carbono frente al cambio climático.

Financiamiento

Este material se basó en el trabajo apoyado por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía (DOE), Programa de Investigación Biológica y Ambiental, así como por el Instituto de Integración Biológica de la Fundación Nacional de Ciencias. Una parte de esta investigación se llevó a cabo en el marco del programa DOE Facilities Integrating Collaborations for User Science y utilizó recursos del Joint Genome Institute y del Environmental Molecular Sciences Laboratory, ambas instalaciones de usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE.