Efectos sobre el metabolismo y resistencia a arsénico mediado por déficit de fosfato en modelos de ecosistemas microbianos ancestrales

Abstract

El fósforo (P) es uno de los seis elementos químicos esenciales para la vida. Se encuentra en la naturaleza como fosfato inorgánico (Pi) y está involucrado en muchas funciones celulares formando parte estructural del ADN, ARN, ATP, polifosfatos, fosfolípidos y proteínas, entre otros. Por otro lado, el arsénico (As) es un elemento de elevada toxicidad para la mayoría de las formas de vida, pero es estructuralmente similar al P. De este modo, el As entra a las células principalmente a través de transportadores de Pi. Los organismos presentan mecanismos concretos para modular la concentración intracelular de As a través de enzimas específicas relacionadas con la resistencia y metabolismo de este. Los genes que codifican estas enzimas se distribuyen a lo largo de los tres dominios de la vida: Bacteria, Archaea y Eukarya. Para estudiar el rol biológico del As, se han buscado ambientes caracterizados por una alta concentración de As. En los Andes centrales –Puna Argentina y desierto de Atacama en Chile– se ha estudiado la interacción entre el As y ecosistemas microbianos como microbialitos, biopelículas y tapetes microbianos, sin embargo, no se ha estudiado la relación del Pi en estos metabolismo. En el presente trabajo de tesis doctoral se estudia el rol biológico del As en los ecosistemas microbianos Andinos y la influencia del Pi sobre los mecanismos de resistencia y rutas metabólicas asociadas al As. Para ello se emplearon tres enfoques diferentes: (i) Análisis fisicoquímicos y biogeoquímicos de la columna de agua de las lagunas y de las muestras analizadas (tapetes microbianos y biofilm asociado a roca), (ii) análisis (meta)genómicos tanto de las muestras como de los aislados microbianos obtenidos y (iii) análisis fisiológicos de microorganismos halófilos resistentes a As bajo diferentes condiciones de crecimiento referidas a concentración de Pi y As. Todo lo abordado en este trabajo intenta dar un esquema completo acerca de la abundancia, localización, y rol biológico del As en los ecosistemas microbianos, asi como tambien analizar la injerencia del la concentracion de Pi en la abundancia de genes relacionados al As y la incorporación de este dentro de las células, lo cual podría realizarse por medio de regulaciones genéticas aun no dilucidadas. Los resultados acá presentados describen las interacciones Pi-As con el tapete microbiano que habita la Laguna Tebenquiche y la biopelícula encontrada en Laguna Diamante. Se demostró que el As está presente no sólo en la columna de agua, sino que se distribuye por todo el ecosistema tanto de Laguna Tebenquiche como la Laguna Diamante. Análisis metagenómicos demostraron una elevada abundancia de genes relacionados al metabolismo del As principalmente en el biofilm de Laguna Diamante, en posible relación con la abundancia de Pi. En cultivos enriquecidos del tapete microbiano bajo diferentes concentraciones de Pi y As(V) se observó que la concentración de Pi alteró la diversidad taxonómica en las condiciones con mayor abundancia de arqueas y una mayor abundancia de los genes del sistema de transporte específico de Pi (pstSCAB-phoU) fue observada. En las arqueas aisladas (Halorubrum sp.), los genes del sistema Pst se encontraron junto al gen que codifica para la arsenato reductasa (arsC) y el gen phoU junto al gen acr3 (codifica para una bomba de eflujo de arsenito). Finalmente, a través de espectroscopía de masa de iones secundarios se confirmó que la concentración de Pi influye en la entrada de As(V) al interior de las células de la Halorubrum sp. TLS-6.