Un estudio revela que los microorganismos, una vez infectados, albergan nuevos genes para la generación de metano.

Un estudio reciente encuentra que los virus que infectan a los microbios contribuyen al cambio climático al desempeñar un papel clave en el ciclo del metano, un potente gas de efecto invernadero, en el medio ambiente.

Analizando casi 1.000 conjuntos de datos metagenómicos ADN Utilizando datos de 15 hábitats diferentes, que van desde varios lagos hasta el interior del estómago de una vaca, los investigadores descubrieron que los virus microbianos portan elementos genéticos especiales para controlar los procesos de metano, llamados genes metabólicos auxiliares (AMG). Dependiendo de dónde vivan los organismos, la cantidad de estos genes puede variar, lo que sugiere que el impacto potencial de los virus en el medio ambiente también varía según su hábitat.

Este descubrimiento añade un componente crítico para una mejor comprensión de cómo el metano interactúa y se mueve dentro de diferentes ecosistemas, dijo ZhiPing Zhong, autor principal del estudio e investigador asociado en el Centro de Investigación Polar y Climática Byrd de la Universidad Estatal de Ohio.

«Es importante comprender cómo los microorganismos determinan los procesos de metano», dijo Zhong, también microbiólogo cuya investigación examina cómo evolucionan los microbios en diversos entornos. «Las contribuciones microbianas a los procesos metabólicos del metano se han estudiado durante décadas, pero la investigación en el dominio viral aún está poco estudiada y estamos interesados ​​en aprender más».

El estudio fue publicado en la revista Comunicaciones naturales.

El papel de los virus en las emisiones de gases de efecto invernadero

Los virus han ayudado a impulsar todos los procesos ecológicos, biogeoquímicos y evolutivos de la Tierra, pero sólo hace relativamente poco que los científicos han comenzado a explorar sus vínculos con el cambio climático. Por ejemplo, el metano es el segundo mayor contribuyente a las emisiones de gases de efecto invernadero después del dióxido de carbono, pero es producido en gran medida por organismos unicelulares llamados arqueas.

«Los virus son la entidad biológica más abundante en la Tierra», dijo Matthew Sullivan, coautor del estudio y profesor de microbiología en el Centro de Ciencias del Microbioma del Estado de Ohio. “Aquí, ampliamos nuestro conocimiento sobre sus impactos agregando genes del ciclo del metano a la larga lista de virus-genes metabólicos codificados. Nuestro equipo intentó determinar hasta qué punto los virus del “metabolismo microbiano” son realmente manipulados durante la infección.

Aunque ahora se reconoce bien el papel vital que desempeñan los microbios en la aceleración del calentamiento atmosférico, se sabe poco sobre cómo los genes relacionados con el metabolismo del metano codificados por los virus que infectan a estos microbios influyen en su producción de metano, dijo Zhong. Resolver este misterio es lo que llevó a Zhong y sus colegas a pasar casi una década recolectando y analizando muestras de ADN microbiano y viral de reservorios microbianos únicos.

Uno de los lugares más importantes que el equipo eligió para estudiar es el lago Vrana, que forma parte de una reserva natural protegida en Croacia. Dentro de los sedimentos lacustres ricos en metano, los investigadores descubrieron una gran cantidad de genes microbianos que afectan la producción y oxidación del metano. Además, descubrieron diversas comunidades virales y descubrieron 13 tipos de AMG que ayudan a regular el metabolismo de su huésped. A pesar de esto, no hay evidencia de que estos virus codifiquen directamente los genes del metabolismo del metano, lo que sugiere que el impacto potencial de los virus en el ciclo del metano varía dependiendo de su hábitat, dijo Zhong.

Impactos sobre el ganado y el medio ambiente

En general, el estudio encontró que es más probable que se encuentren cantidades más altas de AMG del metabolismo del metano en ambientes asociados al huésped, como el interior del estómago de una vaca, mientras que se encontraron menos de estos genes en hábitats ambientales, como en los sedimentos de los lagos. Dado que las vacas y otros animales también son responsables de generar alrededor del 40% de las emisiones globales de metano, su trabajo sugiere que la compleja relación entre los virus, los seres vivos y el medio ambiente en su conjunto podría estar más estrechamente relacionada de lo que los científicos alguna vez pensaron.

«Estos resultados sugieren que los impactos globales de los virus están subestimados y merecen más atención», afirmó Zhong.

Aunque no está claro si las actividades humanas pueden haber afectado la evolución de estos virus, el equipo espera que la nueva información de este trabajo aumente la conciencia pública sobre el poder de los agentes infecciosos para habitar toda la vida en la Tierra. Aún así, para seguir aprendiendo más sobre los mecanismos internos de estos virus, se necesitarán más experimentos para comprender mejor sus contribuciones al ciclo del metano de la Tierra, dijo Zhong, especialmente mientras los científicos trabajan en formas de 'mitigar las emisiones de metano de origen microbiano'.

«Este trabajo es un primer paso para comprender los impactos virales del cambio climático», dijo. «Todavía tenemos mucho que aprender».

Referencia: “El potencial viral para modular el metabolismo microbiano del metano varía según el hábitat” por Zhi-Ping Zhong, Jingjie Du, Stephan Köstlbacher, Petra Pjevac, Sandi Orlić y Matthew B. Sullivan, 29 de febrero de 2024. Comunicaciones naturales.
DOI: 10.1038/s41467-024-46109-x

Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Croata de Ciencias, la Fundación Gordon y Betty Moore, la Fundación Heising-Simons, la Unión Europea y el Departamento de Energía de Estados Unidos. Los coautores incluyen a Jingjie Du del estado de Ohio, así como a Stephan Kostlbacher y Petra Pjevac de la Universidad de Viena, y Sandi Orlić del Instituto Ruđer Bošković.