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Un estudio de las 5.500 especies de virus de ARN marinos ha descubierto que once pueden ayudar a conducir el carbono absorbido de la atmósfera al almacenamiento permanente en el fondo del océano.
El análisis, publicado en ‘Science’, también sugiere que una pequeña parte de estas especies recién identificadas han «robado» genes de los organismos que infectaron, lo que ayuda a los investigadores a identificar sus presuntos huéspedes y funciones en los procesos marinos.
Más allá de la cartografía de una fuente de datos ecológicos fundamentales, la investigación está conduciendo a una comprensión más completa del enorme papel que desempeñan estas diminutas partículas en el ecosistema oceánico.
«Los hallazgos son importantes para el desarrollo de modelos y la predicción de lo que ocurre con el carbono en la dirección y la magnitud correctas», afirma Ahmed Zayed, científico investigador e microbiología de la Universidad Estatal de Ohio y coprimer autor del estudio. El autor principal, Matthew Sullivan, profesor de microbiología de la Universidad Estatal de Ohio, prevé la identificación de virus que, diseñados a escala masiva, podrían funcionar como «mandos» controlables de una bomba biológica que afecte a la forma en que se almacena el carbono en el océano.
«A medida que los seres humanos introducen más carbono en la atmósfera, dependemos de la enorme capacidad de amortiguación del océano para frenar el cambio climático. Cada vez somos más conscientes de que podríamos necesitar ajustar la bomba a escala del océano», añade.
«Nos interesarían los virus que pudieran afinarse hacia un carbono más digerible, que permita al sistema crecer, producir células cada vez más grandes y hundirse –prosigue–. Y si se hunde, ganamos otros cientos o miles de años frente a los peores efectos del cambio climático. Creo que la sociedad cuenta básicamente con ese tipo de arreglo tecnológico, pero es un problema científico fundacional complejo de desmenuzar».
Estos virus de ARN se detectaron en muestras de plancton recogidas por el Consorcio Tara Oceans, un estudio global en curso a bordo de la goleta Tara sobre el impacto del cambio climático en el océano. Este trabajo internacional pretende predecir de forma fiable cómo responderá el océano al cambio climático familiarizándose con los misteriosos organismos que viven en él y que realizan la mayor parte del trabajo de absorción de la mitad del carbono generado por el ser humano en la atmósfera y producen la mitad del oxígeno que respiramos.
Cómo ayudan
Aunque estas especies virales marinas no suponen una amenaza para la salud humana, se comportan como todos los virus, cada uno de los cuales infecta a otro organismo y utiliza su maquinaria celular para hacer copias de sí mismo. Aunque el resultado podría considerarse siempre malo para el huésped, las actividades de un virus pueden generar beneficios para el medio ambiente, por ejemplo, ayudando a disipar una floración de algas nocivas.
El truco para definir dónde encajan en el ecosistema ha sido el desarrollo de técnicas computacionales que pueden extraer información sobre las funciones virales del ARN y los huéspedes a partir de fragmentos de genomas que, para empezar, son pequeños según los estándares de la genómica.
«Dejamos que los datos nos guiaran», recuerda el coautor Guillermo Domínguez-Huerta, antiguo investigador postdoctoral del laboratorio de Sullivan. El análisis estadístico de 44.000 secuencias reveló patrones estructurales de la comunidad de virus que el equipo utilizó para asignar las comunidades de virus de ARN en cuatro zonas ecológicas: Ártico, Antártico, Epipelágico Templado y Tropical (más cercano a la superficie, donde se produce la fotosíntesis), y Mesopelágico Templado y Tropical (200-1.000 metros de profundidad).
Estas zonas coinciden estrechamente con las asignaciones de zonas para las casi 200.000 especies de virus marinos de ADN que los investigadores habían identificado previamente. Los investigadores aseguran que hubo algunas sorpresas. Mientras que la biodiversidad tiende a ampliarse en las regiones más cálidas cerca del ecuador y a disminuir cerca de los polos más fríos, Zayed señala que un análisis de interacción ecológica basado en la red mostró que la diversidad de especies virales de ARN era mayor de lo esperado en el Ártico y el Antártico.
«En lo que respecta a la diversidad, a los virus no les importa la temperatura –explica–. Había más interacciones aparentes entre los virus y la vida celular en las zonas polares. Eso nos dice que la alta diversidad que observamos en las zonas polares se debe básicamente a que tenemos más especies virales compitiendo por el mismo huésped. Vemos menos especies de huéspedes pero más especies virales que infectan a los mismos huéspedes», aclara.
El equipo utilizó varios enfoques metodológicos para identificar a los probables hospedadores, primero infiriendo el hospedador basándose en la clasificación de los virus en el contexto del plancton marino y luego haciendo predicciones basadas en cómo las cantidades de virus y hospedadores «covarían» porque sus abundancias dependen unas de otras.
La tercera estrategia consistió en encontrar pruebas de la integración de los virus de ARN en los genomas celulares. «Los virus que estudiamos no se insertan en el genoma del huésped, pero muchos se integran en el genoma por accidente. Cuando esto ocurre, es una pista sobre el huésped, porque si se encuentra una señal de virus dentro del genoma del huésped, es porque en algún momento el virus estuvo dentro de la célula», explica Domínguez-Huerta. Mientras que la mayoría de los virus de ADNc han infectado a bacterias y arqueas, que abundan en el océano, este nuevo análisis ha descubierto que los virus de ARN infectan sobre todo a hongos y eucariotas microbianos y, en menor medida, a invertebrados. Sólo una pequeña fracción de los virus de ARN marinos infecta a las bacterias.
El análisis también dio lugar al descubrimiento imprevisto de 72 genes metabólicos auxiliares (GMA) funcionalmente diferentes y diseminados entre 95 virus de ARN, lo que proporcionó algunas de las mejores pistas sobre los tipos de organismos que infectan estos virus y los procesos metabólicos que intentan reprogramar para maximizar la «fabricación» de virus en el océano.
Mapas metabólicos
Otros análisis basados en redes identificaron 1.243 especies de virus de ARN relacionadas con la exportación de carbono y, de forma muy conservadora, se dedujo que 11 estaban implicadas en la promoción de la exportación de carbono al fondo del mar. De ellas, dos virus vinculados a huéspedes de la familia de las algas fueron seleccionados como los objetivos más prometedores para su seguimiento.
«El modelado está llegando al punto en el que podemos tomar bolsas de genes de estos estudios genómicos a gran escala y pintar mapas metabólicos», dijo Sullivan, también profesor de ingeniería civil, ambiental y geodésica y director fundador del Centro de Ciencia del Microbioma de Ohio State.
«Me imagino nuestro uso de los GAM y de estos virus que se prevé que infecten a determinados huéspedes para marcar realmente esos mapas metabólicos hacia el carbono que necesitamos. Es a través de esa actividad metabólica como probablemente tengamos que actuar», especula.
