Diversidad Microbiana y Microbiología en Ambientes Extremos

Descripción

El grupo “Diversidad microbiana y Microbiología de ambientes extremos” se ocupa de investigar el papel funcional de la diversidad microbiana en una amplia variedad de ambientes y microorganismos diferentes, sus genes y biomoléculas con atención especial, pero no exclusiva, a los extremófilos. Aplicamos un amplio rango de técnicas y procedimientos in nuestra investigación que incluye tanto iniciativas de investigación básica como aplicada, incluyendo gran interest en Biotecnología. Por favor, seleccione aquí para mayor información sobre nuestro trabajo y para ir a la dirección de contacto

Nuestro objetivo e sla innovación. Lee sobre nuestra investigación y comprende por que algunas de las siguientes palabras clave están intimamente relacionadas con nuestra investigación: Microbiología, Genómica, Bioquímica, Microbiología Ambiental, Diversidad Microbiana, Ecología Microbiana, Fisiología, Bioinformática, Ecofisiología, Biogeoquímica, Bioingeniería, Biotecnología, etc.

Investigación

Antecedentes de nuestra investigación

La gran mayoría de la vida en la tierra es microscópica por su tamaño, y estas formas son sólo visibles con ayuda de microscopios. Los microorganismos están en todas partes y han colonizado todos los habitats, desde aquellos fríos (por debajo de 0ºC) hasta los más calientes (por encima de 100ºC, desde aquellos a pH ácido a los alcalinos, o aquellos a alta concentración salina, presión elevada, o cualquier otro ambiente que pudiera parecer extremo para los humanos. Los microorganismos que viven en condiciones extremas son los extremófilos.

Esta amplia gama de sistemas colonizados por microorganismos dan una idea de la enorme diversidad que existe en el mundo microbiano. Actualmente, el nivel de diversida dmicrobiana en la Tierra es un tema de debate científico pero está generalmente aceptado que un gramo de suelo contiene unas 10¹⁰ bacterias con aprocimadamente unos 30,000 taxones diferentes. Un mililitro de agua mineral natural para beber puede contener alrrededor de 10⁶ bacterias con unos miles de tipos diferentes. Mientras que muchos microorganismos pueden dispersarse fácilmente a lo largo del planeta, los ambientes extremos presentan una fuerte selección sobre los organismos que pueden vivir en estos ecosistemas. Por tanto, los ambientes extremos pueden considerarse como sistemas naturales modelo ideales para el estudio de relaciones ecológicas de los microorganismos, su fisiología, propiedades adaptativas y muchas otras características relacionadas con las comunidades microbianas y específicamente de las células microbianas.

Debido al pequeño tamaño de los microorganismos, su estudi no es una tarea sencilla. Su visualización al microscopio es necesaria para para verlos. Los estudios de microbiología clásica requerían la necesidad de cultivarlos en el laboratorio para poder estudiar sus propiedades, tales como condiciones óptimas de crecimiento, fuentes nutricionales, productos metabólicos, entre otros muchos parámetros. Incluso hoy en día, el cultivo de los microorganismos en el laboratorio es un paso esencial para poder llevar a cabo su estudio en detalle, como se comportan y sus características y capacidades. Hoy sabemos que la mayoría de los microorganismos no pueden ser cultivados en el laboratorio. Por tanto, se requiere el diseño de nuevas estrategias para investigar su diversidad, función y aplicaciones potenciales. Para comprender nuestro planeta, estamos interesados en preguntas como el quién, qué, cuándo, dónde, por qué y cómo sobre la vida microbiana. El camido a seguir para alcanzar a responder esas preguntas marcan una experiencia excitante para ir descubriendo paso a paso el diverso mundo microbiano y como funciona.

Es muy dificil (por no decir imposible) duplicar con exactitud en el laboratorio el ambiente o ecosystem que sostiene la vida de un microorganismo. Sin embargo, muchos procesos microbianos han de estudiarse en el laboratorio utilizando microorganismos aislados y cultivados. Esta aparente contradicción sugiere la necesidad de buscar nuevas y diversas metodologías que nos permitan el estudio de los microorganismos tanto en el laboratorio como en su medio ambiente; ninguno de ellos excluye a los otros y los resultados serán complementarios y nos ayudarán a comprender la vida microbiana.

Con la llegada de las técnicas moleculares, hemos podido acceder a conocer mucho mejor y en mayor detalle el medio ambiente desde el punto de vista microbiano. Hoy, es posible utilizar la información que contienen los genomas de microorganismos para detectar específicamente microorganismos determinados en su entorno natural. Así, los métodos moleculares basados en ael ADN y ARN representan tcnicas muy útiles para el análisis de las comunidades microbianas in situ, tanto la presencia de un microorganismo como su actividad metabólica. Los ácidos nucleicos pudes ser utilizados para detectar la presencia de un microorganismo y para estudiar los genes y su función. De este modo podemos estudiar cuales son los genes que se expresan activamente en determinadas condiciones; y podemos estudiar de modo similar lo que ocurr een complejas comunidades microbianas naturales utilizando una aproximación metagenómica (la genómica de la comunidad microbiana completa). Naturalmente, la gran cantidad de datos a procesar aumenta exponencialmente con el nmero de microorganismos diferentes que componen una comunidad natural. Las herramientas bioinformáticas (y su desarrollo) representan, hoy en día, una parte esencial del estudio e investigación debido a la masiva contidad de datos de secuenciación que deben procesarse. El uso de técnicas moleculares no es sólo para la detección de microorganismos concretos; la detección de microorganismos y sus genes funcionales constituyen información complementaria para evaluar y comprender los procesos microbianos que llevan a cabo las comunidades microbianas en su medio ambiente.

Los microorganismos nunca están solos. Funcionan en comunidades, a menudo compuestas de un alto número de tipos diferentes de células de distintas especies. Con frecuencia, puden formar biopelículas en las que se mezclan distintas células en una compleja matriz de polisacáridos. El estudio d elas comunidades microbianas y su interacción con el medio ambiente son aspectos críticos para entender el papel y función de losmicroorganismos en la naturaleza, y consecuentemente, las implicaciones de la vida microbiana a scalas locales y globales en nuestro planeta.

Microorganisms thriving under extreme conditions generally present specific adaptations which allow them to develop in unique environments. The properties of their biomolecules are of interest in biotechnology due to their high stability and durability which are a reference to be used in potential applications in industry or processes of commercial interest. The search for unique microorganisms and molecules (i.e., enzymes to be used as biocatalysts) also require the use of a variety of techniques with an important component of molecular methods.

Nuestro grupo expresa un gran interés en el desarrollo de nuevas metodologías y la aplicación de una amplia variedad de estrategias para responder a cuestiones concretas. Los métodos utilizados incluyen un amplio rango de técnicas moleculares, de cultivo de microorganismos, bioquímica, fisiología, ecología, biotecnología, genomicas, bioinformática, entre otras que representan los procedimientos comunmente aplicados in nuestra investigación. Nuestra intención es continuar estudiando la vida microbiana desde una perspectiva amplia y multidisciplinar y nos agradará poder colaborar con otros grupos y personas interesadas en temas relacionados o sus aplicaciones. Para una lista de nuestras publicaciones y proyectos, por favor, visita la página correspondiente. Para contactar con nosotros sobre posibles colaboraciones, por favor, sigue este enlace.

En la actualidad, estamos trabajando principalmente en varios aspectos diferentes del mundo microbiano que pueden resumirse en los siguientes puntos básicos:

Nombre del Grupo: Diversidad microbiana y Microbiología de ambientes extremos
– Diversidad microbiana y función en diferentes ambientes.
– Genómicas, ecofisiología, biogeoquímica, y biotecnología de microorganismos, especialmente extremófilos.
– Análisis del crecimiento microbiano bajo condiciones limitantes.
– Heterogeneidad en comunidades microbianas.

Estamos desarrollando herramientas para el cultivo de los microorganismos y su análisis para investigar su comportamiento bajo condiciones estrictas que limitan su crecimiento, condiciones que son las que los microorganismos encuentran más frecuentemente en la naturaleza. Por tanto, sólo comprendiendo el comportamiento de los microorganismos en esas condiciones limitantes lo científicos serán capaces de entender el funcionamiento del mundo microbiano, sus comunidades, y su papel en una amplia variedad de condiciones ambientales en un mundo cambiante.

Para comprender el comportamiento de las células microbianas en condiciones radicalmente diferentes (crecimiento óptimo versus tasa de crecimiento cercanas a cero, condiciones adversas vs. favorables, abundancia vs. escased de nutrientes, etc.).

Estamos desarrollando nuevos métodos para poder monitorizar rápida y eficientemente los estados de crecimiento de los microorganismos bajo un amplio abanico de condiciones y escenarios. Algunos de estos métodos estan basados en el empleo de técnicas fluorométricas.

Otra línea de trabajo está relacionada con las aplicaciones biotecnológicas de los microorganismos y sus enzimas y comprender como funcionan de modo que nos ayude a optimizar los procesos y alcanzar una eficiente productividad. El interés de los microorganismos extremófilos en cuanto a sus aplicaciones biotecnológicas es crítico para el desarrollo de una bioeconomía sostenible.

En los próximos años, nos introduciremos en el desarrollo de nuevas aproximaciones al estudio d ela variabilidad en las poblaciones microbianas, tanto intra- como inter-específicas. Esto incluye investigar las diferentes respuestas de las bacterias, y que forma sigue la distribución de frecuencias tanto en comunidades microbianas como dentro de una misma especie (o población clonal). Un número de aproximaciones estan ya en desarrollo avanzado, por lo tanto, si estas interesado, por favor, contacta con nosotros para abrir posibles colaboraciones.

Proyectos

Respuestas funcionales de las bacterias a tasas de crecimiento muy reducidas. Ministerio de Ciencia e Innovación. PID2020-119373GB-I00.

Vivimos en un planeta microbiano. La diversidad y actividad microbiana controlan numerosos procesos limitantes en la naturaleza. No obstante, existe un profundo desconocimiento de las tasas de crecimiento de distintos microorganismos en la naturaleza y sus consecuencias. Nuestros resultados han confirmado distinto comportamiento de los microorganismos en la naturaleza y en el laboratorio. Distintos resultados han demostrado que los microorganismos en entornos naturales viven en ciclos de abundancia y escasez de recursos con frecuentes períodos de crecimiento muy limitado a tasas de crecimiento muy reducidas. Un ejemplo muy claro es el de los microorganismos con tasas muy reducidas que viven en el subsuelo un área escasamente explorada y este también es el caso de muchos microorganismos en la mayoría de ambientes. Este estudio propone el análisis de las respuestas funcionales de diversas especies bacterianas a distintas tasas de crecimiento para comparativamente evaluar el comportamiento bacteriano a tasas muy reducidas de crecimiento (a tasas cercanas a cero). Se estudiaran varios grupos bacterianos con distintos metabolismos para obtener un amplio espectro de posibles respuestas e incluir distintas estrategias de vida. La secuencia del genoma de todas las bacterias propuestas está disponible lo que facilitará los estudios de transcriptómica (expresión génica en las células por secuenciación RNA-seq) a realizar. Las bacterias se creceran en cultivo contínuo en un quimiostato para las tasas de crecimiento óptimas y para aquellas tasas de crecimiento cercanas a cero las células se obtendrán usando un retentostato, específicamente puesto a punto en nuestro labvoratorio para este fin. El retentostato representa el único procedimiento para obtener bacterias a tasas de crecimiento tan reducidas (e.g., tiempos de generación de cientos de años). Proponemos descifrar si grupos bacterianos diferentes siguen estrategias similares o distintas, los mecanismos a nivel de expresión génica (transcriptomica) implicados en crecimiento cercano a cero y como valor añadido evaluar distintos indicadores moleculares para la determinación del estado de crecimiento bacteriano basado en medidas de tiempo de vida de fluorescencia. Como resultado, este proyecto contribuirá decisivamente a comprender el mundo del crecimiento bacteriano a tasas muy reducidas, si estas estrategias son universales o específicas y a obtener una visión comparativa y funcional de estados de mínimo crecimiento y persistencia bacteriana que representan el estado más habitual en el mundo bacteriano.

Proyecto PID2020-119373GB-I00 financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033 y ERDF “A way of making Europe” de la “European Union”.

Comportamiento y consecuencias adaptativas de bacterias a bajas tasas de crecimiento. Andalusian Government, Feder funding. P20_00774.

Vivimos en un planeta microbiano. La diversidad y actividad microbiana controlan numerosos procesos limitantes en la naturaleza. No obstante, existe un profundo desconocimiento de las tasas de crecimiento de distintos microorganismos en la naturaleza y sus consecuencias. Nuestros resultados han confirmado distinto comportamiento de los microorganismos en la naturaleza y en el laboratorio. Se considera que los microorganismos en la naturaleza viven en ciclos de abundancia y escasez de recursos. Se asume que ello desemboca en el mantenimiento de la enorme diversidad microbiana existente. Por tanto, los microorganismos han de experimentar periodos de crecimiento de mantenimiento o cercano a cero aunque este tema es un gran desconocido. Este estudio propone el análisis de las características del crecimiento bacteriano a tasas cercanas a cero comparándolo con el crecimiento en condiciones óptimas. Se estudiaran varios grupos bacterianos con distintos metabolismos y estrategias de vida. La secuencia del genoma de todas las bacterias propuestas está disponible lo que facilitará los estudios genómicos. Las tasas de crecimiento cercanas a cero se obtendrán usando un retentostato, específicamente diseñado para este fin, y que supone el único procedimiento para obtener bacterias a tasas de crecimiento tan reducidas. Proponemos descifrar si grupos bacterianos diferentes siguen estrategias similares o distintas, los mecanismos a nivel de expresión génica (transcriptomica) implicados en crecimiento cercano a cero y las potenciales consecuencias adaptativas en la generación de heterogeneidad intraespecífica a niveles epigenético y genómico. Como resultado, este proyecto contribuirá decisivamente a comprender el mundo del crecimiento bacteriano a tasas muy reducidas, si estas estrategias son universales o específicas, los mecanismos o estrategias de persistencia bacteriana y a comprender los primeros pasos encaminados a la generación de nueva diversidad microbiana.

Diseño racional de enzimas termoestables para la sacarificación de biomasa vegetal bajo consideraciones de transporte y accesibilidad. Junta de Andalucía, Feder. PY20_RE_021_LOYOLA.

Enmarcada en el contexto de las modernas Biorefinerías, la propuesta aborda procesos de valorización de residuos de la industria agrícola. En particular, estudiaremos la optimización de enzimas termoestables para la obtención de bioproductos de alto valor añadido desde residuos de paja de arroz y cáscaras de cítricos. La principal dificultad a la que se enfrentan los procesos basados en la hidrólisis enzimática de biomasa vegetal se centra en la resistencia que ésta ofrece a la degradación (recalcitrancia) por: (i) difícil acceso de las enzimas a los enlaces glucosídicos y (ii) fenómenos de adsorción no productiva y cinéticas lentas de desorción. Proponemos modificaciones en enzimas termófilas atendiendo a tamaño y a las propiedades de adsorción/desorción del

sustrato para mejorar transporte y accesibilidad de enzimas. El estudio se centra en endoglucanasas, que degradan el material lignocelulósico en oligosacáridos, productos de notable valor añadido con actividad como prebióticos y elicitores del sistema inmune de plantas. En resumen, la propuesta contiene las siguientes ideas esenciales: 1) Síntesis de endoglucanasas modificadas para disminuir tamaño y propiedades de adsorción/desorción al sustrato. 2) Evaluación en residuos vegetales y sustratos comerciales de la actividad enzimática y propiedades de transporte de las enzimas modificadas en comparación con las nativas. 3) Desarrollo de modelos cinéticos que ayuden a interpretar los resultados obtenidos y permita dirigir futuras manipulaciones enzimáticas. 4) Ensayos iniciales para el desarrollo de procesos optimizados de conversión de residuos en oligosacáridos de valor añadido medio/alto. Gracias a la transversalidad del equipo de investigación, el proyecto aborda de forma global un proceso altamente multidisciplinar que contiene aspectos bioquímicos, de ingeniería química y de procesos y aspectos físico-químicos y matemáticos.

Collaborators: Mauricio Zurita (Loyola University; Coordinator), Ladero Galan (Universidad Complutense de Madrid), Juan M. González (IRNAS-CSIC)

Espectrometro para medidas de tiempo de vida de fluorescencia y su utilización en Microbiología. Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades. Feder. EQC2019-005634-P.

Se propone la adquisición de un equipo de espectrometría para medidas de tiempo de vida de fluorescencia. El equipo realizará medidas de TCSPC (“time correlated single photon counting”), una técnica muy sensible que resulta independiente de la concentración de las moléculas analizadas lo que permite su detección y análisis en muestras complejas y, por ejemplo, en células in vivo. El objeto de esta actividad es proporcionar al campo de la Microbiología con una herramienta hasta hoy infrautilizada pero con ilimitadas posibilidades de análisis y detección. Las técnicas TCSPC permiten determinar la presencia de biomoléculas determinadas (como proteínas entre otras, diversas sondas e indicadores, etc.), así como su interacción con otras biomoléculas, bajo distintas condiciones y proporcionará medidas in situ de forma no destructiva en muestras naturales complejas, permitiendo monitorizar la fisiología de células procariotas y procesos microbianos y biotecnológicos. El equipo propuesto es capaz de cubrir el espectro completo desde el UV hasta el infrarojo en muestras líquidas y sólidas (incluyendo biopelículas), así como la realización de medidas en cuvetas, láminas y también cuantificar preparaciones para microscopio (i.e., FLIM o “Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy”) para evaluar el estado fisiológico de células individuales (“single-cell análisis”) por TCSPC. Dicho equipamiento se incorporará a la unidad de servicio del IRNAS-CSIC “Detección y funcionamiento de microorganismos y sus moléculas” para darle la más amplia difusión y uso posible entre todo tipo de usuarios.

Grant EQC2019-005634-P funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033 and by ERDF A way of making Europe” by the “European Union”.

Sistema de esterilización para un nuevo laboratorio microbiologico de nivel de bioseguridad tipo II. Junta de Andalucia, Consejería de Transformación Económica, Industria, Conocimiento y Universidades. Cofinanciación FEDER. IE19_181.

El objeto de esta solicitud es la adquisición e instalación de un “Sistema de esterilización para un nuevo laboratorio microbiológico de nivel de bioseguridad tipo II” en el Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla, Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Este laboratorio cuenta con un sólido historial científico como lo demuestran sus publicaciones, financiación continuada, colaboraciones internacionales y actividades de supervisión, evaluación, redes temáticas y divulgación. Además es importante destacar que el equipo solicitante ha recibido en Diciembre 2019 la certificación ISO9001 y el equipamiento solicitado se integrará en el sistema de gestión certificado incluyendo planes de mantenimiento y validación. El equipo se pondrá a disposición del IRNAS-CSIC así como a cualquier usuario interno y externo que necesite su utilización. El Servicio del CSIC en el que se integrará este equipamiento y la unidad de nivel de bioseguridad tipo II se encargará de gestiónar solicitudes externas de uso. La motivación para esta solicitud incluye importantes factores de PRL, mejora imprescindible de las instalaciones integradas en un nuevo laboratorio de Bioseguridad tipo II, la necesidad de renovar equipamiento flagrantemente obsoleto, la necesidad de disponer de equipamientos adecuados al nivel de certificación obtenido y al prestigio alcanzado nacional e internacionalmente por el grupo de investigación, el Centro, los Servicios externos e internos ofertados y la certificación de calidad obtenida.

Procesos de isomerasas termófilas para Biotecnología. European Union. Horizon 2020. ERA-IB2 7th call. Industrial Biotechnology for Europe. An Integrated Approach. ERA-IB-16-049; Ministerio de Economía y Productividad, Acciones de Programación Conjunta Internacional 2016. PCIN-2016-129.

Los isómeros son moléculas con identica composición pero con distintas características estructurales. Isómeros diferentes pueden presentar funciones muy diferentes. La sisomerasas son enzimas que catalizan la conversión entre distintos tipos de isómeros. Isomerasas termoestables son deseables por que poseen alta resistencia y durabilidad, sone capaces de soportar las duras condiciones d elos procesos industriales, incluyendo calentamiento y solventes orgánicos. Temperaturas elevadas también puede ayudar a obtener mejores condiciones de acceso al substrato y su solubilidad. El proyecto propuesto incluye análisis bioinformáticos comparativos de datos de secuenciación para distintos tipos de isomerasas termoestables de interés industrial, las cuales serñan clonadas, expresadas, caracterizadas funcional y estructuralmente y optimizadas para su aplicación biotecnológica. Se enfocará el proyecto en tres tipos de isomerasas: isomerasas de azúcares (para producir nuevos y deseables azúcares como edulcorantes de bajass calorias y como bloque para la síntesis de medicamentos), isomerasas disulfuro (para mejorar el pelgamiento de proteinas y su estabilidad en enzimas industriales), y las isomerasas chalcona (implicadas en la transformación de flavonoides, metabolitos secundarios de importancia como colorantes, anti-oxidantes, y agentes anti-microbianos y anti-inflamatorios). Isomerasas duraderas permitirán nuevas oportunidades para procesos biotecnológicos verdes, competitivos y sostenibles que podran reemplazar la síntesis química más convencional.

Collaboradores: IRNAS-CSIC (España), University of Bergen (Noruega), Christian-Albrechts-Universitat Kiel (Alemania), University of Exeter (Reino Unido), Bioavan SL (España)

Vida microbiana más allá de las condiciones óptimas. Ministerio de Economía y Competitividad. Proyecto CGL2014-58762-P.

Los microorganismos son la base para el funcionamiento de los ciclos biogeoquímicos y los ecosistemas terrestres. Sin embargo, el funcionamiento de los microorganismos en sistemas naturales está por definirse, sobretodo, bajo condiciones consideradas como extremas o lejanas al óptimo para esas células. Se sabe que numerosos microorganismos extremófilos viven en suelos y sedimentos aunque su papel sólo ha sido escasamente estudiado. Estos extremófilos son una diana ideal para abordar el papel de los microorganismos bajo condiciones fuera de su rango habitual de crecimiento. Esta propuesta se ha edificado sobre la idea de que los microorganismos son capaces de llevar a cabo actividad y crecimiento de mantenimiento en entornos, o bajo condiciones, distantes de su rango óptimo de crecimiento y que los microorganismos en la naturaleza se comportan de forma diferente a como lo hacen en cultivos de laboratorio. El crecimiento y actividad reales de los microorganismos bajo esas condiciones únicas aún se desconocen al igual que las multiples consecuencias que podrían extraerse como, por ejemplo, explicar la elevada diversidad microbiana, actividades microbianas y enzimáticas bajo condiciones extremas, supervivencia de esas células y el interés de aplicar en biotecnología ese conocimiento derivado de comprender estos procesos. Proponemos el análisis de las comunidades microbianas, su actividad enzimática, metabolismo y crecimiento en ambientes terrestres utilizando extremófilos como diana para estos análisis. El uso de extremófilos facilitará el estudio ya que permite seleccionar un grupo específico de microorganismos dentro de la amplísima diversidad microbiana que existe en sistemas naturales. Se analizarán distintas condiciones ambientales, incluyendo los extremos climáticos que ocurran anualmente, como las condiciones más extremas en invierno y verano. Los métodos incluirán secuenciación de nueva generación para caracterizar cambios en la estructura de las comunidades.

Effects of water content and temperature on microbial diversity and its activity in soils and sediments. Application to the degradation of halogenated pollutants. Andalusian Government, RNM2529.

Los microorganismos en suelos y sedimentos son esenciales para el mantenimiento de dichos sistemas. La predicción de cambios climáticos globales y la existencia de amplios períodos de exposición a temperaturas elevadas y escasez de aportes hídricos en nuestra región sugieren la importancia de conocer las variaciones en diversidad y actividad que provocan sobre las comunidades microbianas para una adecuada utilización de esos recursos. Esos fenómenos son esenciales, por ejemplo, para una regulación de suelos y sedimentos en su empleo agrícola así como en la recuperación de ambientes contaminados. Los microorganismos son el único eslabón que lleva a cabo un amplio número de procesos como el cierre de los ciclos de los elementos, relacionados con la fertilización de ambientes terrestres, y la degradación de contaminantes recalcitrantes vertidos o acumulados en los mismos. En este estudio se propone investigar la influencia de las temperaturas elevadas (≥40ºC) y períodos de desecación sobre las comunidades microbianas, su diversidad y actividad, en relación con la descomposición de materia orgánica y reciclaje de nutrientes en ambientes terrestres incluyendo su empleo dentro de un esquema sostenible y la degradación de contaminantes bajo dichas condiciones. Para ello se emplearán métodos moleculares de última generación (pyrosecuenciación) para la detección de la amplia diversidad microbiana existente, así como procedimientos y análisis genómicos de las comunidades naturales (metagenómica y metatranscriptómica) en combinación con ensayos de actividad enzimática in situ y potencial diseñados expresamente para este proyecto. Se llevarán a cabo estudios sobre un amplio rango de contenidos hídricos y de temperaturas tanto en el ambiente natural como en el laboratorio con el fin de llegar a comprender el funcionamiento y la dinámica de las comunidades microbianas como respuesta a cambios hídricos y aumentos de temperatura y su posible aplicación a la sostenibilidad de suelos y sedimentos y en la recuperación de dichos sistemas. Además de llegar a conocer las respuestas ambientales de las comunidades microbianas a períodos extremos de sequedad y temperatura y sus aplicaciones, este proyecto presenta el valor añadido de posibilitar la búsqueda de nuevos enzimas o biocatalizadores que serán caracterizados funcionalmente y serán de gran interés para su aplicación práctica al mantenimiento sostenible de estos ambientes terrestres. Este proyecto representa una colaboración de un centro de investigación (IRNAS-CSIC) junto con una empresa de base tecnológica (BioavanSL) que presentan un interés común en el desarrollo de las bases necesarias para alcanzar ambientes y procesos sostenibles para el mantenimiento de nuestro entorno en paralelo al progreso económico.

Contrato financiado por el Incentivo de contratacion de personal investigador en Formación (Fase 2, PIF 2012), Junta de Andalucía, Consejeria de Transformacion Economica, Industria, Conocimiento y Universidades, Secretaria General de Universidades, Investigacion y Tecnologia.

Análisis integrativo de los extremófilos en búisqueda d enuevas soluciones biotecnológicas. NILS Science and Sustainability programme, EEA Grants, 003-ABEL-CM-2013.

Una economía bioindustrial sostenible requiere la substitución de procesos químicos por otros verdes, basados en alternativas renovables. Los microorganismos representan potencialmente las mejores dianas para biotecnología. Entre ellos, los extremófilos (microorganismos que viven, por ejemplo, a temperaturas o pHs extremos) incluyen las células y sus enzimas más resistentes que son necesarias para soportant las duras condiciones en procesos industriales. Este proyecto se centra en la búsqueda de nuevos biocatalizadores hidrolíticos, un primer paso en la biotransformación de residuos complejos a moléculas asimilables. La estrategia incluye como pasos básicos: células, genomas, enzimas y matemáticas como una aproximación integral para alcanzar un modelo, diseño y descubrimiento de nuevos biocatalizadores como enzimas altamente resistentes o genes conocidos con nueva funcionalidad. Este proyecto implica cuatro grupos de investigación, uno noruego (University of Bergen) y tres españoles (IRNAS-CSIC, Centro de Astrobiología-CSIC, Universidad de Sevilla). El objetivo de este proyecto es unir puntos de vista multidisciplinares para generar soluciones biotecnológicas y avances en la hidrólisis de residuos y materiales celulares.

Genómica comparativa microbiana. MICROGEN. Ministerio de Ciencia e Innovación, proyesto CSD2009-00006.

Los microorganismos son la primera causa de muertes en el mundo, y a la vez son la primera fuente de biodiversidad genética y los principales participantes en el funcionamiento d elos ecosistemas. Sin embargo, el modo en el que las poblaciones bacterianas están estructuradas, el modo en que evolucionan e interaccionan con otros componentes bióticos o el modo de adaptarse a distintos ambientes aún son poco conocidos. Esto es en parte debido a la necesidad de utilizar cultivos puros para llevar a cabo experimentos concretos y la aplicación de modelos evolutivos importados de sistemas eucariotas. Con el auge de la genómica y de los nuevas técnicas de secuenciación de alto rendimiento a bajo coste, una nueva era está emergiendo en la cual las bacterias pueden estudiarse a través de sus genomas, sin la imperiosa necesidad de su cultivo y permitiendo un estudio global de los ecosistemas. Además, el estudio de este bastísimo reservorio genético puedo proporcionar acceso a un enorme número de nuevos compuestos bioactivos previamente indetectables por técnicas convencionales. Varios cambios importantes estan emergiendo en nuestro entender d elas comunidades microbianas, uno de ellos y de gran importancia es el gran conjunto de genes diferentes existentes dentro de cada una de las especies bacterianas, de modo que cada uno de esos conjuntos (el “pan-genoma”) es mucho más grande que ek genoma de cada cepa individual. Este punto es esencial para comprender la biología bacteriana y tiene consecuencias importantes desde el punto de vista aplicado. Este proyecto se dirige al estudio d elos microorganismos a través de una combinación de genómica, bioinformática, biología molecular, metagenómica y secuenciación de próxima generación. Esto se alcanzará a través de un equipo multidisciplinar que combina toda esa experiencia en una propuesta ambiciosa que no sería posible por vías estandar de financiación. El consorcio usará distintas especies bacterianas como modelo de patogenicidad y simbiosis en humanos, animales y huespedes vegetales, y también se estudiarán distintos ecosistemas naturales y relacionados con el hombre para descifrar la genómica poblacional y la fluidez de los genomas bacterianos. Los resultados proporcionarán información sobre el concepto de especies, la estructura d elas poblaciones bacterianas, su interacción con virus y el ambiente, sus adapataciones an evolución, así como permitirá abrir nuevas vías ara el tratamiento de enfermedades. Se creará un servidor de internet para el estudio, anotación y análisis de genomas y nuevos programas bioinformáticos se desarrollaran y seran de gran utilidad para la comunidad científica. Se anticipa que el gruposervirá como un agente aglutinadorque permitirá a la Microbiología Española permanecer en a la cabeza de la Microbiología Internacional y continuar siendo el soporte de la Biotecnología y biomedicina Españolas.

La presencia y el papel de los microorganismos poco abundantes pueden explicarla altísima diversidad microbiana en sistemas naturales. Un modelo en el Parque Nacional de Doñana. Ministerio de Ciencia e Innovación, proyecto CGL2009-12328/BOS.

La diversidad microbiana en ambientes naturales es elevadísima y difícil de determinar. Estas comunidades microbianas pueden considerarse formadas por un bajo número de microorganismos muy abundantes y un muy alto número de microorganismos raros, poco abundantes. Presentamos la hipótesis de que los microorganismos que representan las minorías son importantes en los ecosistemas naturales. El estudio de los microorganismos raros es esencial para comprender el papel funcional de las comunidades microbianas en un ambiente espacial y temporal, así como para entender por que existe una tan elevada diversidad microbiana. Se propone la selección de microorganismos adaptados a vivir en condiciones extremas (alta temperatura, bajo o alto pH) de ambientes moderados. El ambiente seleccionado es el sedimento de las lagunas naturales del Parque Nacional de Doñana. Variables ambientales deran determinadas y los cambios en las comunidades se monitorizarán surante el estudio. Métodos moleculares servirán para la detección de microorganismos basándose en técnicas de “fingerprinting” (huellas moleculares) y secuenciación, y métodos de detección in situ. Se obtendrán cultivos de microorganismos seleccionados. Los microorganismos, Bacteria y Archaea, serán identificados y sus propiedades fisiológicas evaluadas. También se analizará su distribución espacial lo que contribuirá a desvelar su función en sus ecosistemas. La posibilidad de que esas condiciones extremas puedan representar situaciones naturales serán seriamente consideradas. Los procesos analizados representarán un modelo de la dinámica de comunidades microbianas como consecuencia de cambios ambientales y sus posibles respuestas tanto en el ecosistema como en los ciclos biogeoquímicos globales.

Diversidad microbiana y microbiología de ambientes extremos. Junta de Andalucía, BIO288.

La diversidad microbiana es un término muy amplio que puede aproximarse desde muy distintas perspectivas. Estas incluyen no sólo la diversidad filogenética sino también incluyes los puntos de vista de la diversidad molecular, funcional y mecanistica. Para alcanzar este amplio espectro de aspectos en el estudio del mundo microbiano, utilizamos un amplio y radicalmente diferentes tipos de métodos que apuntan a un objetivo común, descifrar el funcionamiento del mundo microbiano. El enfoque en los extremófilos permite centrarse en un tipo de microorganismos y comunidades que tienen gran interés biotecnológico por sus aplicaciones así como sus ecosistemas que representan un modelo de estudio de comunidades naturales.

Publicaciones

http://www.microextreme.net/publications.html

Trabajos

Nuestro grupo ofrece oportunidades de investigación y aprendizaje en un ambiente multidisciplinar con un común denominador en comprender la vida microbiana en el sentido más amplio y sus posibles aplicaciones. Oportunidades surgen en varios niveles, incluyendo técnicos, licenciados, estudiantes de carrera, estudiantes de doctorado, postdoctorales y posiciones senior, así como posibilidades de colaboración en diferentes proyectos e iniciativas. Distintas oportunidades son ofrecidas periódicamente y podemos ayudarte a presentar la solicitud en la que estes interesado para venir a trabajar o aprender con nosotros o conjuntamente podemos diseñar un proyecto de interés para solicitarlo en convocatorias competitivas.

Si estás interesado en realizar investigación de alta calidad con nosotros, ponte en contacto con nosotros e incluye tu curriculum vitae junto con una descripción de tus intereses. Puedes contactar en este enlace.

Investigador Marie Curie. El programa europeo Marie Curie – Individual Fellowships mofrece oportunidades a investigadores para participar en investigación en un centro europeo. Información de esta convocatoria puede encontrarse en la página de la convocatoria. Se anima a aquellos investigadores dinámicos e innovadores a solicitar estos contratos con nuestro grupo en el IRNAS-CSIC. Para más información y para discutir posibles proyectos, por favor, ponte en contacto con nosotros.

FPU/Contrato predoctoral. Oportunidad para 4 años de contrato con objeto de realizar una tesis doctoral y obtener la formación necesaria para alcanzar el título de Doctor. Es una convocatoria del Ministerio de Educación que aprocimadamente se abre anualmente. Si consideras realizar una tesis doctoral con nosotros ponte en contacto con nosotros.

JAE-INTRO. Un programa del CSIC para iniciar en la investigación a alumnos que realizan un Master. Generalmente son convocatorias anuales. Si quieres inicarte en investigación con nosotros contactanos.

Posiciones postdoctorales. Oportunidades para investigadores a través de los programas Juan de la Cierva y Ramon y Cajal program. Las convocatorias generalmente abren anualmente. Para más información, por favor, contactanos.

Posiciones permanentes. Convocatorias anuales. Oportunidades para obtener una plaza permanente de investigador o técnico para trabajar en el CSIC se abren anualmente para distintos temas y especialidades. Para más información, puedes ponerte en contacto con nosotros.

Ofertas y oportunidades futuras. Por favor, ponte en contacto con nosotros si estas interesado en oportunidades en un futuro cercano. Envíanos un email expresando tus intereses y/o curriculum vitae.

Descargas

Los siguientes paquetes de software estan disponibles para su descarga y uso. Por favor, accede a los archivos README y las correspondientes publicaciones para más información. La mayoría de ellos han sido desarrollados en un ambiente Linux y han sido producidos para resolver problemas concretos de investigación y análisis en nuestro laboratorio.

Ccode

Este programa detecta y evalua estadísticamente la presencia de quimeras y recombinaciones en secuencias de ADN. El programa y sus consecuencias se describe en Gonzalez et al. (2005; Evaluating putative chimeric sequences from PCR amplified products and other cross-over events. Bioinformatics 21: 333-337).

Hay versiones para descargar par alos sistemas operativos Linux y Windows. Para Unix/Linux descarga el archivo ccode25.tar y para Windows el archivo ccode025w.exe (version para Windows). Para alinear as secuencias de interés o seleccionadas puede utilizar el programa ClustalW o algún otro programa que ya conozcas. Si utilizas ClustalW, instala la versión correcta. Por favor, abajo tienes enlaces a las versiones de UNIX/Linux, Windows/DOS (not XP or above) y Windows XP.

Ccode para UNIX/Linux. Archivo Tar que contiene: ccode025 ejecutable (Linux Red Hat v. 9.0), ccode025.c (código fuente), Readme.1st (manual; archivo de texto) y run_ccode025 (un script para ejecutar Ccode que requiere ClustalW).

Ccode para Windows/Dos. Archivo Zip que contiene un ejecutable ccode025 en versión para Windows/Dos y unas breves instrucciones de instalación.

ClustalW 1.83 para UNIX/Linux. Un archivo comprimido (tar) que contiene clustalW1.83 para Unix (incluyendo Linux).

ClustalW 1.83 para DOS y Windows (excluyendo XP y más posteriores). Archivo comprimido (zip) que contiene clustalW1.83 para Windows/Dos (excluyendo Windows XP y posteriores).

ClustalW 1.83 para Windows XP. Archivo comprimido (zip) que contiene clustalW1.83 sólo para Windows XP (podria funcionar en versiones posteriores de windows.

Fingshuf.

Este programa permite comparar pares de comunidades y determinar si existen diferencias significativas estre ellas. Se propuso originalmente para diferenciar comunidades microbianas basadas en perfiles moleculares y “fingerprints” como se describe en la publicación de Portillo and Gonzalez (2008; Statistical differences between molecular fingerprints from microbial communities. Antonie van Leeuwenhoek 94: 157-163). Fingshuf se desarrolló en el sistema operativo Linux y se puede descargar aquí. (fingshuf.zip)

Fires

Este programa encuentra secuencias repetidas o motivos conservados en fragmentos de ADN y genomas. Fue escrito en C en el sistema operativo Linux. Se describió en Portillo and Gonzalez (2009; CRISPR-elements in the Thermococcales: evidence of associated horizontal gene transfer in Pyrococcus furiosus. Journal of Applied Genetics 50: 421-430). Fires puede descargarse aquí. (fires03.zip)

MPN.

Este es un programa para calcular el Número Más Probable (Most Probable Number; MPN) para recuentos de microorganismos. Permite obtener las Tablas completas de MPN para cualquier número de diluciones, tubos, y diferentes tamaños de muestras así como estimar un dato concr4eto para un diseño experimental concreto y un número concreto de tubos positivos. El programa ha sido descrito por Gonzalez (1996; A general purpose program for obtaining Most Probable Number tables. Journal of Microbiological Methods 26: 215-218). Este programa fue originalmente escrito para el sistema operatvo DOS aunque funciona en cualquier versión de Windows (al menos hasta Windows 10) utilizando la línea de comandos. Se puede descargar aquí. (mpn4.zip)

Miembros del grupo

Juan M. González Grau

Alba Cuecas Morano

Beatriz Aranda Cano

Marta Lebrón López

José Antonio Delgado Romero

Contacto

Juan M. Gonzalez
Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla (IRNAS),
Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
Avda. Reina Mercedes 10, 41012-Sevilla, Spain
Tel. +34 95 462 4711 (ext. 440546)
E-mail: jmgrau[AT]irnase.csic.es