Los microorganismos son cruciales para mantener el ciclo del azufre, influyendo en los procesos climáticos. La investigación descubrió microorganismos reductores de sulfato diversos y multifuncionales capaces de reducir el sulfato y respirar oxígeno simultáneamente, anulando el consenso científico anterior. (Concepto artístico.)
Los estudios sobre microorganismos ambientalmente relevantes muestran una diversidad mayor de lo que se suponía anteriormente.
Un equipo de investigadores ha demostrado que en la naturaleza existe una biodiversidad increíblemente alta de microorganismos ambientalmente relevantes. Esta diversidad es al menos 4,5 veces mayor de lo que se conocía anteriormente. Los investigadores publicaron recientemente sus hallazgos en revistas prestigiosas. Comunicaciones de la naturaleza y revisiones de microbiología FEMS.
A menudo se olvida el mundo oculto de los microorganismos, aunque muchos procesos relevantes para el clima están influenciados por microorganismos, a menudo asociados con una increíble diversidad de organismos. especies dentro de los grupos de bacterias y arqueas (“bacterias primitivas”). Por ejemplo, los microorganismos reductores de sulfato convierten un tercio del carbono orgánico de los sedimentos marinos en dióxido de carbono. Esto produce sulfuro de hidrógeno tóxico. El lado positivo es que los microorganismos que oxidan el azufre lo utilizan rápidamente como fuente de energía y lo vuelven inofensivo.
«Estos procesos también desempeñan un papel importante en los lagos, los humedales e incluso en el intestino humano para mantener el equilibrio entre la naturaleza y la salud», afirma el profesor. Michael Pester, jefe del departamento de microorganismos del Instituto Leibniz DSMZ y profesor del instituto. de Microbiología de la Technische Universität Braunschweig. Un estudio examinó más de cerca el metabolismo de uno de estos nuevos microorganismos y reveló una multifuncionalidad que antes era inalcanzable.
Se descubre una diversidad de especies extremadamente alta de microorganismos reductores de sulfato. Los reductores de sulfato se encuentran ahora en un total de 27 filos dentro de bacterias y arqueas, en lugar de los seis conocidos anteriormente. Crédito: DSMZ
El equilibrio crítico del ciclo del azufre.
El ciclo del azufre es uno de los ciclos biogeoquímicos más importantes y antiguos de nuestro planeta. Al mismo tiempo, está estrechamente vinculado a los ciclos del carbono y del nitrógeno, lo que subraya su importancia. Es impulsado principalmente por microorganismos reductores de sulfato y oxidantes de azufre. A escala global, los reductores de sulfato convierten alrededor de un tercio del carbono orgánico que llega al fondo marino cada año. A cambio, los oxidantes de azufre consumen aproximadamente una cuarta parte del oxígeno de los sedimentos marinos.
Cuando estos ecosistemas se desequilibran, las actividades de estos microorganismos pueden conducir rápidamente al agotamiento del oxígeno y a la acumulación de sulfuro de hidrógeno tóxico. Esto conduce a la formación de “zonas muertas” donde los animales y las plantas ya no pueden sobrevivir. Esto no sólo causa daños económicos, por ejemplo a la pesca, sino también daños sociales mediante la destrucción de importantes áreas recreativas locales. Por tanto, es importante comprender qué microorganismos mantienen en equilibrio el ciclo del azufre y cómo lo hacen.
Los resultados publicados muestran que la diversidad de especies de microorganismos reductores de sulfato incluye al menos 27 filos (cepas). Anteriormente, sólo se conocían seis filos. En comparación, actualmente se conocen 40 filos en el reino animal, con vertebrados perteneciente a un solo filo, Chordata.
Representación esquemática de la degradación de la pectina vegetal, tanto por reducción de sulfato como por respiración de oxígeno en una acidobacteria recién descubierta. Crédito: DSMZ
Especies bacterianas multifuncionales recién descubiertas
Los investigadores pudieron asignar uno de estos nuevos «reductores de sulfato» al filo poco investigado de acidobacteriota y estudiarlo en un biorreactor.
Utilizando métodos de vanguardia en microbiología ambiental, pudieron demostrar que estas bacterias pueden obtener energía tanto de la reducción de sulfato como de la respiración de oxígeno. Estas dos vías normalmente son mutuamente excluyentes en todos los microorganismos conocidos. Al mismo tiempo, los investigadores pudieron demostrar que la acidobacteria reductora de sulfato puede descomponer los carbohidratos vegetales complejos como la pectina, otra propiedad hasta ahora desconocida de los «reductores de sulfato».
Por lo tanto, los investigadores pusieron patas arriba el conocimiento de los libros de texto. Muestran que compuestos vegetales complejos pueden degradarse bajo exclusión de oxígeno, no sólo mediante la interacción coordinada de diferentes microorganismos, como se pensaba anteriormente, sino también por una sola especie bacteriana a través de un atajo.
Dr. Stefan Dyskma (izquierda) y Prof. Michael Pester junto a un biorreactor en DSMZ, en el que se podrían estudiar nuevos “reductores de sulfato”. Crédito: DSMZ
Otro nuevo descubrimiento es que estas bacterias pueden utilizar tanto sulfato como oxígeno para este fin. Investigadores de DSMZ y Technische Universität Braunschweig están investigando actualmente cómo los nuevos descubrimientos afectan la interacción de los ciclos del carbono y el azufre y cómo se relacionan con procesos relevantes para el clima.
Referencias:
“Respiración de oxígeno y degradación de polisacáridos por una acidobacteria reductora de sulfato” por Stefan Dyksma y Michael Pester, 10 de octubre de 2023, Comunicaciones de la naturaleza.
DOI: 10.1038/s41467-023-42074-z
“Diversidad global y ecofisiología inferida de microorganismos con potencial de reducción disimilatoria de sulfato/sulfito” por Muhe Diao, Stefan Dyksma, Elif Koeksoy, David Kamanda Ngugi, Karthik Anantharaman, Alexander Loy y Michael Pester, 5 de octubre de 2023, Revisiones de microbiología FEMS.
DOI: 10.1093/femsre/fuad058
