Análisis del plasmidoma de comunidades microbianas en lagunas de altura de la Puna andina

Abstract

Los plásmidos son elementos genéticos extra-cromosómicos auto-replicativos que se han encontrado en los tres dominios de la vida: Archaea, Bacteria y Eukarya. En principio, fueron considerados moléculas de ADN circular, pero años más tarde se descubrieron los primeros elementos lineales. Desde entonces, se han purificado, secuenciado y analizado una gran variedad de plásmidos a partir de microorganismos aislados. No obstante, hace algunos años, el avance en el campo de las tecnologías de secuenciación hizo posible el estudio de estos elementos en conjunto. Así surgió el término “plasmidoma” para referirse a la comunidad total de plásmidos de una muestra ambiental, proveniente tanto de organismos cultivables como no cultivables. Los plásmidos, junto con otros elementos genéticos móviles, impulsan la evolución de los genomas a través de la transferencia horizontal de genes entre microorganismos. Generalmente llevan genes “accesorios” que codifican funciones que pueden ofrecer una ventaja para sus huéspedes. Por lo tanto, se espera que en un determinado nicho ecológico, los plásmidos se enriquezcan en funciones accesorias que son importantes para que sus huéspedes proliferen en él. La Puna andina constituye un ambiente expuesto a múltiples condiciones extremas, tales como elevada radiación UV, alta sequedad, hipersalinidad, alcalinidad, altas concentraciones de metales pesados y metaloides como el arsénico, baja presión de oxígeno y grandes fluctuaciones térmicas. Los microorganismos que prosperan en este tipo de ambientes necesitan desarrollar mecanismos y estrategias eficientes para hacer frente a esas condiciones. Por lo tanto, presentan genes específicos que facilitan su supervivencia y que podrían, al menos en parte, estar codificados por plásmidos. Aunque algunos plásmidos de organismos cultivables de estos entornos ya se han analizado a nivel de secuencia, se desconoce el impacto de la información genética global transmitida por plásmidos en el contexto de las comunidades microbianas allí presentes. Este trabajo de tesis doctoral se centró en caracterizar el plasmidoma de las comunidades microbianas presentes en dos lagunas de altura de la Puna andina (Puquio de Campo Naranja y Laguna Diamante), en predecir las funciones codificadas e identificar los posibles huéspedes. El análisis comprobó la existencia de funciones genéticas típicamente codificadas por plásmidos. Por un lado, se detectaron funciones esenciales de replicación, movilización y mantenimiento plasmídico, y por otro, genes accesorios que permiten a los microorganismos que los hospedan sobrevivir bajo las duras condiciones ambientales. Se anotaron funciones relacionadas con la reparación del ADN que podrían ser un mecanismo adaptativo a la alta exposición a la radiación UV, y genes de resistencia a factores de estrés, incluidos aquellos relacionados con la respuesta al estrés oxidativo y osmótico. También se identificaron genes asociados con factores de virulencia y con la resistencia a metales, principalmente al cadmio, zinc, cobalto, cobre, mercurio, cromo y selenio. Además, la resistencia a los antibióticos estuvo ampliamente distribuida en uno de los plasmidomas, y la resistencia al arsénico en el otro. Adicionalmente, se observó una gran proporción de genes que codifican proteínas con función desconocida, lo que respalda la idea de que estos entornos prístinos son una fuente de nuevas biomoléculas. Los resultados presentados en esta tesis suman evidencia sobre el papel clave del plasmidoma en la movilidad y la transferencia de genes dentro de las comunidades microbianas andinas: permite la diseminación de rasgos beneficiosos que brindan aptitud celular y la adaptación de poblaciones enteras a las condiciones extremas presentes en la Puna andina.