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Descripción
El grupo de diversidad microbiana y microbiología de ambientes extremos se dedica a investigar el papel funcional de la diversidad microbiana en una variedad de ambientes, y diferentes microorganismos, sus genes y biomoléculas con una atención especial, pero no exclusiva, a los extremófilos. Generalmente, en nuestra investigación utilizamos un amplio rango de técnicas y procedimientos incluyendo aproximaciones básicas y aplicadas con un elevado interés en biotecnología. http://www.microextreme.net
Descripción extensa con información adicional y antecedentes
La mayoría de formas vivientes en la Tierra son de tamaño microscópico, y es únicamente visible utilizando microscopios. Los microbios están en todas partes y habitan prácticamente cualquier ambiente, desde los lugares muy fríos (por debajo de 0ºC) hasta los muy cálidos (por encima de los 100ºC), aquellos muy ácidos y los muy alcalinos, o los de alta concentración salina, elevada presión, y en general cualquier otro ambiente inusual desde el punto de vista humano. Los microorganismos que viven en condiciones extremas son los llamados extremófilos.
Esta amplia selección de sistemas se refleja en la enorme diversidad que existe en el mundo microbiano. En la actualidad, el nivel de diversidad de microorganismos en la Tierra es un tema de gran debate. Mientras muchos microorganismos pueden dispersarse fácilmente alrededor del planeta, los llamados ambientes extremos presentan un factor selectivo sobre las criaturas vivas que pueden vivir en ellos. Por ello, los ambientes extremos pueden ser considerados como sistemas modelo ideales para el estudio de la ecología de los microorganismos, su fisiología, propiedades adaptativas y muchas otras características relacionadas con la comunidades microbianas y específicamente con las células microbianas.
Debido a su pequeño tamaño, trabajar con microorganismos no es fácil. Un examen microscópico es necesario para verlos. Os estudios de microbiología clásica requerían nuestra habilidad para crecer los microorganismos en el laboratorio con el fin de poder estudiar sus propiedades, como por ejemplo, condiciones de crecimiento, nutrientes, productos metabólicos, y otras muchas características. Ahora, sabemos que muchos de los microorganismos en ecosistemas naturales no pueden cultivarse. Por tanto, hemos de diseñar nuevas estrategias para investigar su diversidad, función y posibles aplicaciones. Para poder llegar a entender a nuestro planeta, estamos interesados en resolver el quien, que, cuando, donde, porque y como de la vida de los microorganismos. El camino para conseguirlo trae consigo una experiencia muy excitante orientada a descubrir paso a paso el mundo microbiano y su diversidad.
Es difícil (por evitar decir que imposible) duplicar en el laboratorio el ambiente o ecosistema propio y natural de un organismo. Sin embargo, algunas propiedades o procesos microbianos pueden ser analizados en el laboratorio utilizando microorganismos aislados. Esta aparente contradicción sugiere la necesidad de una gran variedad de métodos que han de ser aplicados en el laboratorio o en el campo.
La disponibilidad hoy en día de las técnicas modernas de biología molecular, podemos entender el ambiente microbiano en mucho mayor detalle. Es posible emplear la información que existe en los ácidos nucleicos de los microorganismos para detectar aquellos que se encuentran en un ambiente determinado. Los métodos moleculares basados en el ADN y ARN representan un grupo de métodos muy útiles para analizar las comunidades microbianas in situ. Los ácidos nucleicos pueden utilizarse tanto para detectar e identificar un microorganismo como para indagar en la funcionalidad de sus genes, y de modo similar podemos investigar las comunidades microbianas con una aproximación metagenómica. Naturalmente, la cantidad de datos a procesar aumenta exponencialmente con el número de microorganismos presentes y las herramientas bioinformáticas se vuelven imprescindibles en el proceso de investigación. La detección de microorganismos y la función de sus genes se ve complementada on la evaluación y análisis de los procesos que esas comunidades microbianas llevan a cabo en su ambiente natural.
Los microorganismos nunca están solos. Ellos viven en comunidades, a menudo compuestas por un número enorme de tipos diferentes de células. El estudio de las comunidades microbianas y su interacción con su entorno son aspectos claves para comprender el papel y funcionamiento de los microorganismos en la naturaleza. Como consecuencia, este es el único modo de conocer las verdaderas implicaciones del mundo microbiano a escalas local y global en nuestro planeta.
Los microorganismos que viven en condiciones extremas generalmente presentan adaptaciones específicas que les permiten desarrollarse en ambientes únicos. Las propiedades de sus biomoléculas son de interés in biotecnología debido a su elevada estabilidad que puede emplearse en posibles aplicaciones industriales o procesos de interés comercial. La búsqueda de microorganismos únicos y sus moléculas también necesita el empleo de una gran variedad de métodos.
Nuestro grupo está interesado en el desarrollo de nuevas metodologías y en la aplicación de una gran variedad de estrategias para responder preguntas concretas. Métodos como un gran número de técnicas moleculares, el cultivo de microorganismos, bioquímica, fisiología, ecología, biotecnología, genómica, bioinformática, entre otras muchas son algunos de los procedimientos que diariamente aplicamos en nuestra investigación. Pretendemos investigar la vida microbiana desde una perspectiva multidisciplinar y nos alegra poder colaborar con otros grupos y personas interesadas en temas relacionados. Visita la página correspondiente a través de estos enlaces para conocer nuestras publicaciones y proyectos.
Proyectos
Comparative Microbial Genomics. MICROGEN. Ministerio de Ciencia e Innovación, proyecto CSD2009-00006.
Los microorganismos aún siguen siendo la principal causa de muertes en el mundo. Y ellos son la fuente principal de biodiversidad genética y los jugadores principales en el funcionamiento de los ecosistemas. Sin embargo, el modo como las comunidades microbianas están estructuradas, como evolucionan o interaccionan con otros componentes bióticos o como se adaptan a ambientes determinados son procesos de los que se sabe muy poco. Esto ha sido en parte debido a la necesidad de tener cultivos puros para poder llevar a cabo experimentos y por la utilización de un modelo evolutivo importado de sistemas eucarioticos. Con la llegada de la genómica y de las nuevas técnicas de secuenciación masiva a bajo coste, una nueva era ha surgido en la que las bacterias pueden estudiarse a través de sus genomas. Se evita así la necesidad de cultivar los microorganismos y se hace posible un estudio real de los ecosistemas. Además, el estudio de esta inmensa reserva genética podría dar acceso a un increíble número de compuestos bioactivos previamente inimaginables por técnicas estándar. Están surgiendo nuevas formas de comprender a los microorganismos, una de las cuales es la gran importancia y viene dada por la enorme cantidad de genes que posee cada especie bacteriana, de modo que el conjunto de genes (el “pan-genoma”) es mucho mayor que el genoma de cada cepa individual. Este aspecto es crítico para comprender la biología bacteriana y tiene consecuencias importantes desde el punto de vista de su aplicación.
Este proyecto se dirige al estudio de los microorganismos con una combinación de genómica, bioinformátca, biología molecular, metagenómica y secuenciación de nueva generación. Esto se alcanzará creando un equipo multidisciplinar que combina la experiencia necesaria en una propuesta ambiciosa que sería imposible con financiación a través de otro tipo de financiación. El consorcio utilizará muchas tipos diferentes de especies bacterianas como modelo de estudio de patogenicidad y simbiosis en el hombre y huéspedes animales y vegetales, y también se estudiarán ecosistemas naturales y relacionados con el hombre para descifrar la genómica de poblaciones y la fuidez del genoma de las bacterias. Todo esto proporcionará valiosa información sobre el concepto bacteriano de especie y la estructura de sus poblaciones, su interacción con virus y su ambiente, su adaptación y evolución, y abrirá nuevas vías para el tratamiento de enfermedades infecciosas. Además, un servidor de internet será creado para estudiar, anotar y analizar genomas bacterianos y nuevos procedimientos y programas informáticos serán desarrollados que serán de gran utilidad para la comunidad científica. Se anticipa que el grupo servirá de agente central que permitirá a la microbiología española a permanecer en la vía principal de la microbiología internacional y continuar siendo soporte del futuro de la biotecnología y biomedicina españolas.
La presencia y papel de los microorganismos poco abundantes pueden explicar la enorme diversidad microbiana de los sistemas naturales. Un estudio en el Parque Nacional de Doñana. Ministerio de Ciencia e Innovación, proyecto CGL2009-12328/BOS.
La diversidad microbiana en ambientes naturales es enorme y difícil de determinar. Estas comunidades se considera que están formadas por un bajo número de microorganismos muy abundantes y un número muy elevado de microorganismos muy poco abundantes o raros. Nuestra hipótesis es que los microorganismos que representan las minorías son importantes en los ecosistemas naturales. El estudio de los microorganismos raros o poco abundantes es esencial para comprender el papel funcional de las comunidades microbianas dentro de un contexto espacio-temporal, así como para comprender por qué la diversidad microbiana es tan elevada. Se propone seleccionar los microorganismos adaptados a vivir en condiciones extremas (alta temperatura, bajo o elevado pH) de ambientes moderados. Los ambientes elegidos son sedimentos y suelos del las lagunas naturales del Parque Nacional de Doñana. Se determinarán las variables ambientales y los cambios en las comunidades microbianas se monitorizarán durante el proceso de selección. Los métodos moleculares se utilizarán para la detección de microorganismos en base tanto a sus perfiles moleculares o fingerprints como secuenciación, y métodos de detección in situ. También se abordará el cultivo de los microorganismos seleccionados. Se identificarán los microorganismos, Bacteria y Archaea, y se evaluarán sus propiedades fisiológicas. Su distribución espacial será analizada lo que contribuirá a descifrar la función potencial dentro del ecosistema. La posibilidad de que esas condiciones extremas podrían representar condiciones naturales será otro aspecto a evaluar. Los procesos analizados representarán un modelo de la dinámica de comunidades microbianas como consecuencia de cambios ambientales y su respuesta potencial tanto en el ecosistema como en los ciclos biogeoquímicos globales.
Diversidad microbiana y microbiología de ambientes extremos. Gobierno de Andalucía, BIO-288.
Diversidad microbiana es un término amplio que puede aproximarse desde perspectivas muy diferentes. Esto incluye no solamente la diversidad filogenética, sino también la molecular, funcional y los mecanismos de actuación. Para conseguir este visión tan amplia del mundo microbiano utilizaremos metodologías radicalmente diferentes que nos dirigirán hacia un objetivo común, descifrar el funcionamiento del mundo microbiano. Centrarse en extremófilos permite enfocarse en un tipo especifico de microorganismos y comunidades que son de gran interés por sus posibles aplicaciones biotecnológicas así como sistemas modelo para el estudio de comunidades naturales.
Componentes:
Juan Miguel Gonzalez Grau. Investigador principal
Maximino Piñeiro Vidal. Doctor. Contratado a cargo de proyecto.
Alba Cuecas Morano. Estudiante de doctorado.
Colaboradores y miembros recientes del grupo
María Carmen Portillo Guisado. Trabajo actual: Investigador en Abengoa Research
Francesca Stomeo. Trabajo actual: Investigador en el Instituto Internacional de Investigación sobre Ganado, Kenia