Utiliza aprendizaje automático para identificar un patógeno sospechoso de matar corales

coral con efermedad de la banda blanca
Un profesor de la Universidad de Northeastern ha identificado un posible patógeno que ataca a los corales que forman los arrecifes. Crédito: Matthew Modoono/Universidad de Northeastern

El más probable es una bacteria con forma de baya conocida como Cysteiniphilum litorale

La enfermedad de la banda blanca ha devastado en el Caribe colonias de corales cuerno de ciervo y cuerno de alce, pero no se había identificado el principal agente patógeno.

Hasta ahora.

Steven Vollmer, profesor de la Universidad Northeastern, dice que él y su equipo de investigadores combinaron trabajo de campo y experimentos en tanques con modelos de aprendizaje automático para reducir la lista de patógenos más probables a una bacteria con forma de baya conocida como Cysteiniphilum litorale.

En segundo lugar de la lista se encuentra otro tipo de bacteria acuática, un tipo de Vibrio, que Vollmer sospecha que es un patógeno más bien oportunista.

"La causa es Cysteiniphilum", afirma.

¿Qué es la enfermedad de la banda blanca?

Vollmer ha realizado una amplia investigación sobre la enfermedad de la banda blanca, que provoca el blanqueamiento del tejido o la exposición de "bandas" de esqueleto blanco desnudo en los corales cuerno de ciervo y cuerno de alce.

Estrechamente asociada con el aumento de las temperaturas del agua, la enfermedad de la banda blanca es una de las enfermedades de los corales más destructivas y ha matado más del 90% de los corales cuerno de ciervo y cuerno de alce en el Caribe desde que se descubrió por primera vez en la década de 1970.

Los ambientalistas han respondido a la pérdida de los corales constructores de arrecifes cultivando corales resistentes a enfermedades y fragmentos de coral en viveros hasta que estén listos para ser trasplantados a la naturaleza.

Para asegurarse de que los corales estén libres de enfermedades, se los pone en cuarentena durante tres meses antes del trasplante, dice Vollmer, profesor asociado de ciencias marinas y ambientales.

Dice que al identificar a Cysteiniphilum litorale como el principal culpable de la enfermedad de la banda blanca, los corales pueden ser examinados y analizados para detectar la bacteria y acelerar el trasplante.

enfermedad de la banda blanca en corales

Imagen: La enfermedad de la banda blanca (WBD, por sus siglas en inglés) es una enfermedad que afecta a los corales y puede causarles la muerte. La WBD tiene una banda blanca característica que separa los corales muertos de los vivos.

"Si usted sabe que va a traer un montón de colonias y examina 30 de ellas a la vez y ninguna de ellas tiene la enfermedad de la banda blanca, entonces las 30 están limpias".

Sin embargo, cientos son organismos patógenos o causantes de enfermedades, lo que plantea un desafío para determinar cuáles son los principales responsables de la enfermedad de la banda blanca, dice Vollmerdice Vollmer.

"Si hay 100 elementos que podrían causar enfermedades, ¿Cómo se puede intentar aislarlos físicamente todos?", pregunta Vollmer. Según él, aislar los patógenos y transmitirlos a los tejidos sanos es un paso fundamental en el proceso de identificación de los que causan las enfermedades.

El primer paso para Vollmer y su equipo de investigación fue tomar muestras de 153 corales enfermos y 269 corales sanos de cuatro arrecifes de la región de Bocas del Toro frente a la costa de Panamá.

Luego, los investigadores entrenaron modelos de aprendizaje automático para ejecutar secuencias de ADN para identificar especies bacterianas y sus recuentos o abundancias, lo que significa la medida de la cantidad de bacterias en una muestra.

Vollmer afirma que el modelo de aprendizaje automático tuvo una tasa de precisión del 97%.

"En nuestros datos teníamos 9.355 secuencias o cepas de ADN bacteriano. Y 604 de ellas se encontraban en el 10% o más de los corales individuales", dice Vollmer. "Luego, 342 de ellas se encontraban en todos los puntos temporales".

Esas más de 300 cepas bacterianas terminaron en tanques para experimentos de transmisión en Panamá.

enfermedad de la banda blanca en coral

Imagen: Las enfermedades de los corales están surgiendo como un factor importante en la degradación de muchos arrecifes de coral, y las encuestas indican que están surgiendo nuevas enfermedades significativas y dañinas.

Se colocaron en tanques con corales sanos mezclas de tejido enfermo, rociadas con agua de los corales, y mezclas separadas compuestas de tejido sano y agua de mar.

La propagación de la enfermedad y una mayor secuenciación del ADN permitieron a los investigadores identificar tres posibles propagadores de la enfermedad de la banda blanca, reduciendo la lista a dos cepas distintas de Cysteiniphilum y Vibrio.

Dado que el Cysteiniphilum era casi inexistente en los corales sanos y el Vibrio estaba presente en el 10 al 20 % de los corales sanos, "estamos diciendo que el Cysteiniphilum es el patógeno más probable", dice Vollmer.

El papel del calentamiento global

El calentamiento global influye en la propagación de la enfermedad de la banda blanca, afirma Vollmer.

"La prevalencia está relacionada con el estrés térmico", especialmente cuando las temperaturas del agua se acercan o superan los 86°F, afirma.

Sabiendo que existe un patógeno primario, "podemos empezar a preguntarnos si la propagación y el brote del patógeno están relacionados de alguna manera con la dinámica de la temperatura".

Otra pregunta es si la bacteria Vibrio aprovecha las infecciones causadas por Cysteiniphilum para alimentarse de corales debilitados.

"La verdadera magia del aprendizaje automático es que tiene en cuenta las interacciones", afirma Vollmer.

Dice que el próximo paso es cultivar Cysteiniphilum tomado de corales enfermos en Panamá o Florida y luego usarlos en experimentos de transmisión para ver bajo qué circunstancias propagan la enfermedad de la banda blanca al tejido coralino sano.

Cuando los corales reciben un tratamiento previo en los viveros, generalmente se utilizan antibióticos de amplio espectro, dice Vollmer.

"Es posible que ahora que sabemos lo que buscamos, podamos tener un enfoque más específico. O podríamos hacer una vigilancia para no tener que tratar previamente los corales en masa porque sabemos que lo que llega no está infectado".

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