Parecen ser un componente habitual de los microbiomas de muchas especies
La notable capacidad de los animales migratorios para navegar y recordar rutas puede atribuirse a una sensibilidad no sólo a los campos magnéticos de la Tierra, sino quizás a una interacción con las bacterias magnéticas que viven en su interior.
La relación entre estas bacterias magnéticas y los animales en los que residen aún no se comprende completamente, pero el profesor asistente del Departamento de Biología de la Universidad de Florida Central (UCF), Robert Fitak, compiló recientemente una base de datos de ADN animal que alberga cientos de millones de secuencias que muestran la presencia de varios tipos de bacterias magnéticas para utilizarla como herramienta en su búsqueda de aprender más.
La base de datos marca un paso adelante en su investigación y se basa en hipótesis y análisis anteriores publicados en 2020 en colaboración con colegas del Reino Unido e Israel.
En 2021, Fitak continuó examinando bases de datos para categorizar qué animales pueden albergar bacterias magnéticas y si existen patrones prevalentes.
"El primer estudio que hicimos fue analizar conjuntos de datos existentes y resumir dónde encontramos esta bacteria en diferentes animales", dice Fitak.
"Buscamos alrededor de 50.000 estudios científicos anteriores. Ahora, de hecho, lo ampliamos para estudiar una base de datos mundial de información genética y hemos podido resumir dónde se encuentran estas bacterias en función de billones de secuencias genéticas".
La base de datos se publicó a principios de este año y toma prestada información del archivo de lectura de secuencias disponible públicamente del Centro Nacional de Información Biotecnológica.
Fitak se centró en organizar secuencias de ADN procedentes de todas las especies animales que coinciden con bacterias magnéticas conocidas para ayudarlo a él y a otros investigadores a limitar sus esfuerzos en el examen de las funciones ambientales y ecológicas de las bacterias magnéticas o para identificar posibles animales anfitriones.
Imagen: Proporción de accesiones de archivos de lectura de secuencias que contienen bacterias magnetotácticas entre varios filos y clases de metazoos.
¿Una brújula interna?
Fitak y sus colegas están utilizando los datos refinados para identificar posibles organismos huéspedes de las bacterias magnéticas y proporcionar un mayor contexto para examinar las funciones que pueden desempeñar en los animales, como la navegación.
"En última instancia, si comprendemos mejor cómo navegan los animales, será útil para conservar especies protegidas o en peligro de extinción", dice Fitak. "Si sabemos dónde se van a mover y cómo, eso puede ayudarnos a tomar decisiones de gestión más precisas".
Está interesado en ver si las bacterias magnéticas residen en regiones dentro de un animal para que puedan sentirlas, como partes del sistema nervioso. Fitak cree que podrían servir como ayuda de navegación para los animales o proporcionar un impulso adicional para criaturas como aves o tortugas marinas que ya utilizan el campo magnético de la Tierra para navegar largas distancias.
"Es casi como una brújula microbiana y estamos estudiando cómo podría funcionar", dice Fitak. "Creemos que los animales ya utilizan el campo magnético de la Tierra como una brújula".
También dice que otro beneficio potencial es que los científicos pueden estudiar cómo los animales detectan los campos magnéticos y potencialmente imitar cómo se usan en una variedad de aplicaciones como la administración de fármacos.
Sin embargo, no hay evidencia concluyente de que estos animales estén usando bacterias magnéticas para navegar o no, dice Fitak.
"El gran resumen que tenemos hasta ahora de nuestra investigación es que todavía no sabemos si estas bacterias detectan las bacterias del animal, pero sí tenemos evidencia de que viven en estos animales", dice.
"Pero lo que hemos aprendido es que podemos usar etiquetas genéticas que son firmas de bacterias que fabrican imanes, y hemos identificado estas firmas genéticas de estas bacterias dentro de varios animales, incluidos los humanos".
Este tipo de bacterias suelen vivir en sedimentos o lodos donde no hay mucho oxígeno, dice Fitak. Ensamblan "cadenas" de hierro microscópicas y magnetizadas para ayudar en su movimiento, dice.
No está claro cómo los organismos terminan con estas bacterias dentro de ellos, pero se teoriza que tal vez sea a través de la absorción o el consumo, dice Fitak.
"Hasta la fecha, nuestros resultados en todos los proyectos muestran que estas bacterias magnéticas parecen ser un componente habitual de los microbiomas de muchas especies", afirma. "Con suerte, nuestro futuro trabajo mostrará si se recolectan incidentalmente del medio ambiente, si son un componente funcional de la detección magnética de un animal anfitrión o por alguna otra razón desconocida".
Centrándose en las tortugas marinas
Fitak y su equipo de estudiantes investigadores se centran en examinar muestras de tortugas marinas verdes y bobas para estudiar más a fondo las bacterias magnéticas.
"Las tortugas marinas son una especie de modelo de navegación animal", afirma. "Hemos estado probando nuestras hipótesis en tortugas marinas, ya que viajan a lugares muy específicos con mucha precisión".
Centrarse en las tortugas marinas fue el siguiente paso natural, ya que se sabe que poseen bacterias magnéticas y dependen del campo magnético de la Tierra para migrar, dice Fitak. El Grupo de Investigación de Tortugas Marinas de la UCF también ha desempeñado un papel decisivo en la obtención de muestras de tortugas, afirma.
Julianna Martin, estudiante de doctorado que trabaja con Fitak, ayudó a analizar y recolectar las casi 150 muestras de tortugas marinas.
"Trabajo en el laboratorio para extraer el ADN de las muestras y uso la genómica para identificar qué bacterias hay en las muestras y cuáles son las que fabrican imanes que estamos buscando", dice. "No podría recolectar las muestras sin la ayuda del Grupo de Investigación de Tortugas Marinas de la UCF. Ha sido un esfuerzo de equipo".
Martin y los científicos del Grupo de Investigación de Tortugas Marinas de la UCF recolectan suavemente muestras de lágrimas con hisopos blandos de hembras anidadoras, que entran en un estado casi de trance cuando ponen huevos, y de juveniles en la laguna de Indian River.
Las tortugas producen grandes lágrimas pegajosas cuando están en tierra para mantener sus ojos húmedos, y recolectarlas toma alrededor de 30 segundos, dice Martin.
"Comenzamos con los conductos lagrimales porque están asociados con nervios que potencialmente están asociados con el sentido magnético de los animales", dice. "Biológicamente tiene sentido mirar allí y es fácil recolectar lágrimas de tortuga marina".
Martin dice que está satisfecha con su progreso hasta el momento, pero espera que su contribución impulse su investigación hacia conclusiones más definitivas.
"Esta investigación ha sido realmente emocionante", dice. "Nadie los había estado buscando específicamente en las tortugas marinas. Me interesa saber de dónde vienen y qué especies de bacterias productoras de imanes tiene cada especie de tortuga marina. Todavía queda un largo camino por recorrer, pero por ahora estamos trabajando en describir: '¿Están ahí?' ¿Y de dónde vienen?'"
Fitak afirma que el potencial de compartir el descubrimiento único de las bacterias magnéticas que ayudan a los animales en la navegación es realmente maravilloso.
"Lo que ha sido emocionante es poder decirle a la gente que existen bacterias en este mundo que fabrican imanes", dice. "La gente está asombrada y sería increíble si los animales realmente usaran estas bacterias magnéticas para navegar".
Fitak anima a los investigadores interesados en estudiar las bacterias magnéticas a explorar los datos que recopiló.
Publicación de la base de datos en la revista Data in Brief: The magneto-microbiome: A dataset of the metagenomic distribution of magnetotactic bacteria
