Participa ampliamente en la asimilación de nitrógeno y vive con un virus crónico
Los investigadores han aislado una nueva cepa de bacteria marina del fondo marino con características únicas.
Los editores describen la investigación como un estudio importante que avanza en nuestra comprensión de los mecanismos fisiológicos de las bacterias Planctomycetes de aguas profundas, revelando características únicas, como ser la única especie conocida en la clase de bacterias Phycisphaerae que utiliza un modelo distinto de división en ciernes.
Proporciona lo que los editores también dicen que es evidencia convincente de que la nueva especie participa ampliamente en la asimilación de nitrógeno y vive con un virus crónico (bacteriófago) que facilita el metabolismo del nitrógeno. El ciclo del nitrógeno por parte de las bacterias es un proceso esencial que libera nitrógeno para formar ácidos nucleicos, aminoácidos y proteínas, los componentes básicos de la vida.
"Hasta hace poco, la mayoría de las investigaciones sobre la familia de bacterias Planctomycetes se han centrado en cepas de agua dulce y ambientes oceánicos poco profundos, debido a las dificultades logísticas asociadas con el muestreo y el cultivo de cepas de aguas profundas", dice el autor principal Rikuan Zheng, Investigador asociado en el Instituto de Oceanología de la Academia China de Ciencias, Beijing, China, y el Laboratorio Nacional de Ciencia y Tecnología Marinas, Qingdao, China.
"La mayoría de las bacterias Planctomycetes se han aislado utilizando medios de crecimiento que son pobres en nutrientes, por lo que queríamos ver si el uso de un medio rico en nutrientes haría posible cultivar y caracterizar mejor a los miembros de esta poco conocida familia".
Para aislar la nueva bacteria, el equipo tomó muestras de sedimento de una filtración fría de las profundidades marinas, donde se sabe que residen las bacterias Planctomycetes, y luego fomentó su crecimiento suplementando un medio de crecimiento estándar con el antibiótico rifampicina y fuentes de nitrógeno. Cultivaron estas bacterias enriquecidas en agar y evaluaron colonias individuales mediante secuenciación genética.
Imagen: Aislamiento, morfología y análisis filogenético de P. heterotrophicis ZRK32.
Entre las bacterias, identificaron una cepa llamada ZRK32 que crecía más rápido que otras y parecía ser miembro del género Poriferisphaera. Para confirmar esto, el equipo comparó las similitudes genéticas entre esta cepa y otros miembros del género Poriferisphaera y descubrió que se distinguía de Poriferisphaera corsica, la única otra especie con un nombre publicado válido. Esto sugiere que ZRK32 es una especie nueva, que el equipo propone llamar Poriferisphaera hetertotrophicis.
Para conocer más sobre esta nueva especie, el equipo estudió su crecimiento y cómo se multiplica. Descubrieron que, a diferencia de otros miembros de la familia Planctomycetes, Poriferisphaera hetertotrophicis crece mejor en medios ricos en nutrientes y se multiplica a través de un mecanismo de gemación, donde las células madre crean yemas que se desarrollan en células hijas.
Como se sabe que la familia de bacterias Planctomycetes desempeña un importante papel en el ciclo del nitrógeno, el equipo exploró a continuación si este también era el caso de Poriferisphaera hetertotrophicis. Para probar esto, observaron los efectos de diferentes sustancias que contienen nitrógeno (nitratos, amoníaco y dióxido de nitrógeno) sobre el crecimiento de Poriferisphaera hetertotrophicis. Descubrieron que agregar nitrógeno en forma de nitrato o amoníaco aumentaba el crecimiento, mientras que agregarlo como nitrito inhibía el crecimiento.
También descubrieron que la adición de nitrato o amoníaco hacía que la nueva cepa liberara un bacteriófago, un tipo de virus que infecta las bacterias. Los bacteriófagos están ampliamente distribuidos en los océanos y pueden regular el metabolismo del nitrógeno en las bacterias hospedadoras. Este bacteriófago, llamado fago-ZRK32, pudo aumentar drásticamente el crecimiento de Poriferisphaera hetertotrophicis y otras bacterias marinas al facilitar el metabolismo del nitrógeno.
Aunque el análisis genético del equipo sugirió que Poriferisphaera hetertotrophicis contiene todos los genes necesarios para metabolizar el nitrato y el amoníaco, la infección crónica con este bacteriófago puede ayudar a optimizar aún más el metabolismo del nitrógeno.
"Nuestros análisis indican que la cepa ZRK32 es una especie nueva, que crece mejor en medios ricos en nutrientes y libera un bacteriófago en presencia de nitrógeno", concluye el autor principal Chaomin Sun, Profesor del Instituto de Oceanología de la Academia de Ciencias de China y del Laboratorio Nacional de Ciencia y Tecnología Marinas.
"Este fago-ZRK32 es un bacteriófago crónico que vive dentro de su huésped sin matarlo. Nuestros hallazgos proporcionan una nueva visión del metabolismo del nitrógeno en las bacterias Planctomycetes y un modelo adecuado para estudiar las interacciones entre Planctomycetes y virus".
La investigación fue publicada ayer como preimpresión revisada en eLife: Physiological and metabolic insights into the first cultured anaerobic representative of deep-sea Planctomycetes bacteria
