Contienen genes funcionales para la recolección de luz
Saber si los microbios marinos participan o no en la fotosíntesis (el uso de la luz solar para convertir el dióxido de carbono y el agua en energía) podría ayudar a los científicos a saber si las bacterias del océano juegan un papel en el ciclo global del carbono.
Sin embargo, siguen sin estudiarse la mayoría de los microbios marinos, en parte porque no crecen en condiciones de laboratorio, lo que limita el conocimiento de la comunidad científica sobre si estas especies utilizan la fotosíntesis.
Investigadores del Instituto de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos de Qingdao (QIBEBT) de la Academia de Ciencias de China (CAS) identificaron directamente células fijadoras de dióxido de carbono, o células que absorben CO2, del agua de mar y utilizaron una técnica de espectroscopia Raman para determinar que su muestra contiene genes funcionales para la recolección de luz, lo que sugiere que las bacterias participan en la fotosíntesis.
La fotosíntesis basada en clorofila es un sistema bien conocido de captación de luz para la fijación de CO2. Se ha informado que la fotosíntesis basada en un tipo de proteína conocida como proteorrodopsina, o PR, fija CO2 en presencia de luz. Posteriormente, se han informado ciertos tipos de fijación de CO2 en bacterias marinas.
Imagen: La genómica y el perfil metabólico unicelular basado en Raman revelan bacterias fijadoras de CO2 en el océano. (Imagen de LIU Yang)
"Las bacterias que contienen PR podrían ser las más abundantes, y las rodopsinas microbianas, otro tipo de proteína, podrían contribuir en gran medida a la recolección de energía solar en los océanos. Sin embargo, todavía es difícil saber si las bacterias que contienen PR en condiciones naturales pueden fijar el CO2", dijo el coautor Jing Xiaoyan, ingeniero senior del Centro de Células Únicas de QIBEBT.
Los investigadores primero identificaron células fijadoras de CO2 del agua de mar extraída de la zona eufótica, o la zona más alta del océano, que está expuesta a la luz solar, del Mar Amarillo de China mediante el seguimiento de su ingesta de un compuesto C-bicarbonato. Los investigadores hicieron esto mediante el uso de espectros Raman de una sola célula (SCRS), una técnica utilizada para estudiar moléculas.
"Luego usamos una técnica llamada Encapsulación impulsada por la gravedad activada por Raman, o RAGE, para aislar las células diana de Pelagibacter, la bacteria que estudiamos, que es miembro del grupo de bacterias SAR11", dijo el coautor Xu Teng, posdoctorado en el Centro Unicelular de QIBEBT. Los investigadores amplificaron los genomas de estas células individuales aisladas de Pelagibacter y secuenciaron cada célula.
Imagen: Flujo de trabajo para revelar la función de fijación de CO2 de las bacterias en el océano que vincula el genotipo con el fenotipo
"Empleando una técnica mejorada de clasificación de células activada por Raman que clasifica y secuencia el microbioma con una resolución precisa de una célula, revelamos que Pelagibacter spp. no cultivada, una de las bacterias marinas SAR11 más abundantes, puede usar el metabolismo alimentado por la luz para la fijación de CO2 en el agua de mar y, por lo tanto, contribuir al ciclo global del carbono", dijo el coautor Gong Yanhai, investigador asistente en el Centro de Células Únicas de QIBEBT.
"Este estudio demuestra que el análisis mediado por RAGE de un genoma de una sola célula puede establecer un vínculo confiable entre el fenotipo y el genotipo de bacterias no cultivadas en el océano, que resuelve un problema básico y allana el camino para la disección basada en funciones de la 'materia oscura biológica' en el medio ambiente", dijo el coautor correspondiente, el profesor Huang Wei de la Universidad de Oxford.
"Se podrían ampliar más investigaciones a otras muestras de agua de mar de diferentes profundidades y regiones", dijo el profesor Xu Jian del Centro de Células Únicas de QIBEBT. "Además, vale la pena integrar y aplicar técnicas transcriptómicas unicelulares y SCRS para estudios adicionales sobre microbios fijadores de CO2".
Los resultados se publicaron el 21 de octubre en BioDesign Research: Revealing CO2-Fixing SAR11 Bacteria in the Ocean by Raman-Based Single-Cell Metabolic Profiling and Genomics
