EVALÚAN LA PRESENCIA DE GENES SIMILARES A LOS DE LAS PROTEORODOPSINAS EN MICROORGANISMOS DE LOS ANDES COLOMBIANOS

Laura C. Bohórquez¹,Carlos A. Ruiz² y María Mercedes Zambrano³

¹Instituto Nacional de Salud de Colombia
², Instituto Nacional de Salud de Colombia
³Microbióloga, Directora Científica, Corporación Corpogen, Bogotá, Colombia

Bogotá, Colombia (SIIC)

La identificación de genes para proteorodopsinas en aguas termales amplía el rango de ecosistemas en los cuales se encuentran estos genes, que codifican para bombas de protones y pueden estar implicadas en la productividad de estas comunidades microbianas acuáticas.

Este trabajo* fue realizado por investigadores del Centro de Genómica y Bioinformática de Ambientes Extremos (GEBIX) en Colombia, como parte del trabajo orientado a entender comunidades microbianas en ecosistemas extremos del país.
En este estudio se analizó la presencia de genes que codifican para proteorodopsinas en aguas termales de los Andes colombianos. Las proteorodopsinas son bombas de protones transmembranales que generan energía a partir de la luz solar y se consideran importantes en el ciclo del carbono y en el flujo de energía en ecosistemas acuáticos.^1-6 Un estudio previo de la comunidad microbiana presente en uno de esos manantiales (El Coquitó) mostró una comunidad diversa y la presencia de microorganismos acidófilos quimiolitoautótrofos y pocas bacterias fotótrofas con capacidad de utilizar la luz solar para generar energía mediante fotosíntesis.⁷ Dada la alta incidencia de luz solar en estos ecosistemas de alta montaña, consideramos la posibilidad de que la comunidad microbiana pudiera generar energía mediante proteorodopsinas.
Para este estudio se tomaron muestras de cuatro manantiales termales localizados en el Parque Nacional Natural Los Nevados. Estos manantiales se encuentran a más de 3 400 metros sobre el nivel mar y sus aguas, aunque difieren en varios parámetros, se caracterizan por su acidez y por su alto contenido de metales. Las muestras de agua se procesaron para extraer el ADN metagenómico que luego fue amplificado por reacción en cadena de la polimerasa (PCR) utilizando seis combinaciones de iniciadores degenerados ya informados para genes de proteorodopsinas de agua dulce.⁸ También se utilizaron iniciadores para actinorodopsinas, que son proteorodopsinas presentes en bacterias pertenecientes al phylum Actinobacteria.⁹ Aunque no se obtuvieron amplificaciones para actinorodopsinas, sí se obtuvieron amplificaciones con algunos de los otros iniciadores utilizados. Sin embargo, sólo hubo amplificaciones a partir de tres de las cuatro termales analizadas. Estos fragmentos de PCR se clonaron y se secuenciaron, y se obtuvieron 91 secuencias con longitud promedio de 351 nucleótidos (nt), que correspondieron a 22 secuencias únicas de nt y 15 secuencias únicas a nivel de aminoácidos. El análisis de estas secuencias parciales de aminoácidos indicó que tenían similitud con las proteorodopsinas recuperadas de diversos ambientes acuáticos. La reconstrucción filogenética de estas proteorodopsinas putativas mostró que se agrupaban en tres grupos, junto con proteorodopsinas de aguas marinas y de aguas dulces.
Dado que estas secuencias correspondían a fragmentos de ADN amplificados con iniciadores degenerados, se diseñaron tres parejas de iniciadores específicos, basados en algunas de las secuencias obtenidas, para corroborar la presencia de estos genes en las muestras analizadas. Utilizando estos iniciadores y condiciones de PCR más astringentes, se obtuvo amplificación a partir del ADN metagenómico de las mismas muestras. Las secuencias de dos de estos fragmentos amplificados fueron idénticas a las secuencias obtenidas en las PCR iniciales, confirmando así la presencia de estos genes y descartando posibles artefactos de amplificación. En el caso de la tercera muestra no hubo suficiente ADN producto de amplificación para hacer la secuenciación y análisis. Sin embargo, los intentos para amplificar y analizar genes completos para proteorodopsinas, siguiendo esquemas ya comunicados, no fueron existosos.^10,11)Esto puede deberse a problemas con la integridad del ADN o a diferencias en las secuencias que pueden impedir un anillamiento con los iniciadores informados. Finalmente, se analizaron las secuencias de las proteorodopsinas putativas para la presencia de residuos indicativos de actividad de bomba de protones involucrada en la producción de energía a partir de la luz solar. La gran mayoría (n = 90) contenían al menos uno de los residuos considerados importantes para esta función, Glu 108, lo cual indica que estas proteínas funcionan más probablemente como bombas y no como sensores.¹² Nuestras proteorodopsinas también contenían una Leu en posición 105, que indica que son proteínas que absorben luz verde, como se ha informado anteriormente.¹³
Este trabajo extiende el inventario de los ecosistemas acuáticos con proteorodopsinas al incluir aguas termales de alta montaña. Es posible que en estos lugares la energía derivada de este fotosistema complemente un estilo de vida quimiotrófico, brindándole ventajas a las células en un ambiente con condiciones ambientales variables y cambiantes.

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