Los científicos han descubierto múltiples microorganismos marinos que podrían utilizarse para desarrollar nuevos antibióticos y descomponer plásticos.

En los últimos 20 años, los científicos han incrementado significativamente la cantidad de genomas microbianos recolectados del océano, lo que puede ayudar a abordar desafíos importantes como la escasez de antibióticos, las soluciones a la contaminación por plásticos y la edición genómica. Sin embargo, siempre ha sido difícil aplicar la información genómica microbiana a la biotecnología y la medicina.

En un nuevo estudio publicado en Nature, titulado "Diversidad microbiana marina global y su potencial en la bioprospección", liderado por el Centro de Investigación Genómica BGI en China, en colaboración con la Universidad de Shandong, la Universidad de Xiamen, la Universidad Oceánica de China, la Universidad de Copenhague en Dinamarca y la Universidad de East Anglia en el Reino Unido, los investigadores analizaron los genomas de casi 43 200 microorganismos (bacterias y arqueas) de muestras marinas y descubrieron una amplia diversidad en 138 poblaciones diferentes. Estos hallazgos aportan nuevos conocimientos sobre cómo evoluciona el tamaño del genoma, por ejemplo, cómo los microorganismos marinos equilibran el sistema CRISPR-Cas (parte de su defensa inmunitaria) con los genes de resistencia a los antibióticos. Muchos de estos genes se activan mediante antibióticos para ayudar a los microorganismos a sobrevivir.

El sistema CRISPR-Cas y los genes de resistencia a los antibióticos también forman parte del sistema inmunitario bacteriano. Mediante métodos computacionales, el equipo de investigación descubrió un nuevo sistema CRISPR-Cas9 y 10 péptidos antimicrobianos, otro componente importante de los sistemas inmunitarios en diferentes organismos.

Los antibióticos, incluidos los antivirales, los antifúngicos y los antiparasitarios, son medicamentos que se utilizan para prevenir y tratar infecciones en humanos, animales y plantas. Según la Organización Mundial de la Salud, la creciente prevalencia de la resistencia a los medicamentos, causada por el uso excesivo de ciertos fármacos, representa una amenaza para la prevención y el tratamiento eficaces de un número cada vez mayor de infecciones, lo que hace necesario buscar nuevos tipos de medicamentos.

El equipo de investigación también descubrió tres enzimas capaces de descomponer un plástico común que contamina los océanos: el tereftalato de polietileno (PET), otro importante problema ambiental y de salud. Los experimentos de laboratorio han confirmado los resultados de la investigación en metagenómica marina, lo que indica su potencial aplicación práctica.

Thomas Mock, catedrático de Microbiología Marina en la Facultad de Ciencias Ambientales de la Universidad de East Anglia, afirmó que «este trabajo lleva el campo de la metagenómica marina a un nuevo nivel. Este estudio pone de relieve cómo la secuenciación metagenómica a gran escala del microbioma marino puede ayudarnos a comprender la diversidad microbiana marina y sus patrones evolutivos, y a encontrar nuevas formas de aplicar este conocimiento a la biotecnología y la medicina».

El océano es el ecosistema más grande e importante de la Tierra, y las interacciones entre los microorganismos marinos y su entorno son la base de procesos como la fijación de carbono y el ciclo de nutrientes a escala global. Estas interacciones contribuyen a la habitabilidad del planeta. Factores como la salinidad, los cambios de temperatura, la disponibilidad de luz y las diferencias de presión desde la superficie hasta el fondo marino, desde los polos hasta los trópicos, generan presiones selectivas únicas que afectan la adaptación y la coevolución de los microorganismos marinos.

Basándose en estos hallazgos, los investigadores utilizan la biblioteca de genomas microbianos marinos obtenida mediante metagenómica como un recurso clave para la minería de genomas y la exploración biológica, lo que permite el descubrimiento de nuevas herramientas genéticas y compuestos bioactivos.
Estos datos abarcan diversos entornos marinos a nivel mundial, desde regiones polares hasta las más profundas fosas oceánicas. Este estudio mejora significativamente la comprensión del microbioma marino mediante la creación de una nueva base de datos de acceso público, que incluye aproximadamente 24 200 conjuntos de genes a nivel de especie.

Los investigadores afirmaron: "Si bien estudios previos han proporcionado información preliminar sobre el papel de los sistemas oceánicos en el mantenimiento de la biodiversidad, este nuevo estudio no solo se basa en descubrimientos anteriores, sino que también ofrece nuevas oportunidades para la exploración y utilización sostenibles del océano. Mediante el uso de minería genómica de microbiota marina basada en aprendizaje profundo, combinada con experimentos de laboratorio bioquímicos y biofísicos, el avance de este trabajo demuestra el enorme potencial para abordar desafíos globales como la escasez de antibióticos y la contaminación oceánica. El estudio enfatiza el papel fundamental de la microbiota marina en la mejora del bienestar humano y la promoción de la biodiversidad.