CLIV Corales de aguas profundas albergan bacterias desconocidas con genomas muy pequeños

Un equipo de investigación germano-estadounidense dirigido por la profesora Dra Iliana Baums, del Instituto Helmholtz para la Biodiversidad Funcional Marina de la Universidad de Oldenburgo (HIFMB), y el Dr Samuel Vohsen, de la Universidad de Lehigh (Pensilvania, Estados Unidos), ha descubierto dos sorprendentes especies de bacterias en el tejido de dos corales de aguas profundas del Golfo de México.

Estos simbiontes de los corales, hasta ahora desconocidos, tienen un genoma extremadamente pequeño y ni siquiera son capaces de obtener energía de los hidratos de carbono. El equipo informa de ello en la revista Nature Communications.

Nueva familia

Los corales de aguas profundas albergan bacterias desconocidas hasta ahora con genomas extremadamente pequeños. Los microbios carecen incluso de la capacidad de descomponer carbohidratos. Las especies pertenecen a una nueva familia de corales de aguas profundas.

La profesora Dra Iliana Baums explica que:

Esta especie es un ejemplo impresionante de los pocos genes que se necesitan para que un organismo sea funcional.

El equipo de investigación estudió varias colonias de dos especies de coral cuerno en el Golfo de México. Las especies Callogorgia delta y Callogorgia americana se dan en profundidades de entre 300 y 900 metros, donde la oscuridad es total.

Mollicutes

Durante sus análisis, los investigadores descubrieron especies bacterianas de la clase Mollicutes -un grupo de bacterias que a menudo viven como parásitos sobre o dentro de las células de plantas, animales y seres humanos, y a veces causan enfermedades- estrechamente relacionadas y desconocidas hasta entonces.

Basándose en análisis genéticos, los investigadores proponen asignar las dos especies a una nueva familia denominada Oceanoplasmataceae. Otras investigaciones revelaron que las bacterias viven como simbiontes dominantes de los corales en una capa de tejido gelatinoso a través de la cual se transportan los nutrientes y que sirve de defensa inmunitaria.

Una especie (Oceanoplasma callogorgiae) solo tiene 359 genes que codifican proteínas para diferentes funciones metabólicas, mientras que la otra (Thalassoplasma callogorgiae) tiene 385 genes. En comparación, la bacteria intestinal Escherichia coli tiene más de 4000 genes de este tipo, mientras que los seres humanos tienen alrededor de 21000.

Funcionamiento

Hasta ahora, los investigadores se han preguntado cómo puede funcionar el metabolismo de los dos microbios recién descubiertos con un genoma tan reducido. La Dra Baums afirma que:

Estas bacterias ni siquiera tienen genes para el metabolismo normal de los carbohidratos, es decir, para obtener energía a partir de los carbohidratos, algo que tiene todo organismo vivo.

Según la investigación, solo pueden utilizar como fuente de energía el aminoácido arginina, que obtienen del coral huésped, agrega Baums:

Sin embargo, se puede obtener muy poca energía de la descomposición del aminoácido. El hecho de que esto sea suficiente para que las bacterias sobrevivan es realmente asombroso.

Parásitos puros

Las bacterias también obtienen otros nutrientes esenciales de su huésped. No está claro si los microbios son parásitos puros o si los corales también se benefician de sus simbiontes. Según el análisis genético, las dos especies bacterianas disponen de varios mecanismos de defensa para eliminar material genético extraño, los llamados sistemas CRISPR/Cas, que también se utilizan en biotecnología para editar genes.

Según la hipótesis de los investigadores estas capacidades también podrían ser útiles para los corales hospedadores a la hora de protegerse de patógenos. Otra posibilidad es que las bacterias proporcionen nitrógeno a su huésped descomponiendo la arginina.

Colonizadores

Para la profesora Dra Baums, cuya investigación se centra tanto en la ecología como en la evolución de los corales, los simbiontes ofrecen la oportunidad de conocer mejor la historia de este diverso grupo de animales:

Siempre me ha parecido asombroso que los corales colonicen tantos hábitats diferentes, a pesar de que son animales muy simples en cuanto a su modelo.

Los simbiontes son cruciales para que los corales puedan adaptarse a diferentes condiciones ambientales, agrega la académica e investigadora del AWI:

Proporcionan funciones metabólicas que los propios corales no tienen.

Algas

Los corales tropicales de aguas poco profundas y luminosas, por ejemplo, dependen de las algas, que realizan la fotosíntesis y proporcionan a los animales alimento y energía. Los corales de aguas frías, muchos de los cuales viven en las profundidades marinas, oscuras y pobres en nutrientes, dependen probablemente de las bacterias para convertir los nutrientes u obtener energía a partir de compuestos químicos.

La profesora Dra Iliana Baums, especialista en ecología evolutiva y experta en corales, que investiga en el Instituto Helmholtz de Biodiversidad Marina Funcional de la Universidad de Oldenburgo (HIFMB), es profesora adjunta de la Universidad de Oldenburgo y del Instituto Alfred Wegener, Centro Helmholtz de Investigación Polar y Marina de Bremerhaven (AWI). Además de Baums y Vohsen, también participaron en el estudio investigadores del Instituto Max Planck de Microbiología Marina de Bremen, la Universidad de Kiel y la Universidad Estatal de Pensilvania.

Resumen

Los microbios desempeñan funciones críticas en los corales, aunque la mayoría de los conocimientos se derivan de la zona fótica. Aquí se descubrieron dos mollicutes que dominan el microbioma del octocoral de aguas profundas, Callogorgia delta, y que probablemente residen en la mesoglea.

Estos simbiontes son abundantes en toda el área de distribución del hospedador, están ausentes en el agua y parecen ser raros en los sedimentos. A diferencia de otros mollicutes, carecen de todas las capacidades fermentativas conocidas, incluida la glucólisis, y solo pueden generar energía a partir de la arginina proporcionada por el coral huésped.

Sus genomas presentan varios mecanismos para interactuar con ADN extraño, incluyendo extensas matrices CRISPR y sistemas de restricción-modificación, lo que puede indicar su papel en la simbiosis. Los científicos proponen la nueva familia Oceanoplasmataceae, que incluye estos simbiontes y otros asociados a cinco filos de invertebrados marinos.

Su excepcionalmente amplio rango de hospedadores sugiere que la diversidad de esta enigmática familia permanece en gran medida ignota. Los genomas de Oceanoplasmataceae son los más reducidos entre los mollicutes, lo que proporciona nuevos conocimientos sobre su evolución reductora y las funciones de los simbiontes de los corales.

Publicación original

Samuel Vohsen et al: “Discovery of deep-sea coral symbionts from a novel family of marine bacteria, Oceanoplasmataceae, with severely reduced genomes“, Nature Communications 15, 9508 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53855-5

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