Proyectos \ Microbial genetic diversity

Research Area: Microbial genetic diversity

Diversidad genómica de bacterias y arqueas termoacidófilas


Project Leader:
Dr. Luis Eduardo Servín Garcidueñas1 1 .
Working Group:
Dra. Esperanza Martínez Romero2 , Dr. Marco A. Rogel Hernández2 , Dra. Luisa Falcón Álvarez3 , Dr. Jésus Campos García4 , Dr. Mauro Degli Esposti5 , Dr. Rogel A. Garrett6 , Dr. Xu Peng6 , Dra. Susanne Erdmann7 , Dra. Alejandra Prieto Davó8 , Dr. Ulises Olivares Pinto1 , Dr. Mauricio Quesada Avendaño1,9 , Dr. Lin-xing Chen10 , Dr. Wen Sheng Shu10 .

1 Escuela Nacional de Estudios Superiores, Unidad Morelia, Universidad Nacional Autónoma de México
2 Centro de Ciencias Genómicas, Cuernavaca, Universidad Nacional Autónoma de México
3 Instituto de Ecología, Universidad Nacional Autónoma de México, México
4 Instituto de Investigaciones Químico-Biológicas, Morelia, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo
5 Instituto Italiano de Tecnología, Genova
6 Centro Danés de Arqueas, Copenhague, Universidad de Copenhague
7 Escuela de Biotecnología y Ciencias Biomoleculares, Sídney, Universidad de Nueva Gales del Sur
8 Facultad de Química, Sisal, Universidad Nacional Autónoma de México
9 Instituto de Investigaciones en Ecosistemas y Sustentabilidad, Universidad Nacional Autónoma de México
10 Colegio de Ecología y Evolución, Guangzhou, Universidad Sun Yat-Sen

Las comunidades microbianas que poseen una complejidad limitada proveen la oportunidad única de utilizar las herramientas de secuenciación masiva para elucidar la diversidad filogenética y funcional con gran resolución. En algunos sitios volcánicos se encuentran manifestaciones termales con condiciones de acidez extrema, de temperaturas elevadas y de concentraciones tóxicas de metales. Los análisis de diversidad de comunidades microbianas de dichas manifestaciones termales han identificado virus y microorganismos que pertenecen a los dominios Bacteria, Archaea y Eucaria y que son capaces de contender con las presiones ambientales. Estas comunidades microbianas pudieran ser aprovechadas para mejorar los procesos actuales de biorremediación, de biomineria y de otros procesos industriales.

 

En las manifestaciones termales tenemos la oportunidad de analizar comunidades conformadas por virus y microorganismos desconocidos o pobremente caracterizados. En México la gran mayoría de la diversidad microbiana de las manifestaciones termales se desconoce por completo. En esta línea de investigación se propone analizar la diversidad de comunidades microbianas de ambientes termales de México mediante técnicas metagenómicas. Se tiene especial interés en explorar comunidades microbianas del campo geotérmico de Los Azufres en Michoacán ya que cuenta con una gran diversidad y cantidad de manifestaciones termales de origen natural. Este proyecto representa una oportunidad para analizar comunidades microbianas que de otra forma permanecerían desconocidas.

 

Algunos de nuestros objetivos son:


  1. Realizar análisis bioinformáticos para obtener y analizar genomas de arqueas, bacterias y virus de ambientes extremos de Los Azufres.
  2. Realizar estudios comparativos de genomas y metagenomas obtenidos de manantiales, lagunas ácidas y sedimentos termales.
  3. Realizar ensayos para obtener cultivos adicionales de arqueas y bacterias de muestras ambientales.

Resultados iniciales:


En todas las comunidades analizadas a la fecha hemos identificado bacterias y arqueas que se encuentran presentes a nivel mundial en drenajes ácidos de minas y en ambientes de origen volcánico. También se han identificaron microorganismos poco caracterizados pertenecientes a los tres dominios de la vida y virus que permanecían desconocidos. Se han obtenido los genomas completos y parciales de cepas de bacterias acidófilas pertenecientes a los géneros Acidocella y Acidiphilium. Además se han recuperado genomas de poblaciones bacterianas obtenidos de conjuntos de secuencias metagenómicas, entre ellos de Thiomonas y Acidithiobacillus. Se cuenta también con genomas parciales de distintas actinobacterias obtenidos de metagenomas de sedimentos termales. Con especial interés, se han obtenido genomas de arqueas Sulfolobales, Termoproteales y Thermoplasmatales, así como de sus arqueovirus asociados. Estos genomas son los primeros obtenidos de virus y arqueas que residen en el Eje Volcánico de México. 

Genómica de microalgas termoacidófilas


Project Leader:
Dr. Luis Eduardo Servín Garcidueñas1 1 .
Working Group:
Dra. Esperanza Martínez Romero2 , Dr. Alfredo Martínez Jiminez3 , Dra. Luisa Falcón Álvarez3 , Dra. Alejandra Prieto Davó4 , Dr. Ulises Olivares Pinto1 , Dr. Mauricio Quesada Avendaño1,5 .

1 Escuela Nacional de Estudios Superiores, Unidad Morelia, Universidad Nacional Autónoma de México
2 Centro de Ciencias Genómicas, Cuernavaca, Universidad Nacional Autónoma de México
3 Instituto de Ecología, Universidad Nacional Autónoma de México, México
4 Facultad de Química, Sisal, Universidad Nacional Autónoma de México
5 Instituto de Investigaciones en Ecosistemas y Sustentabilidad, Universidad Nacional Autónoma de México

Dentro de esta línea de investigación se están secuenciando y analizando los genomas de microalgas de ambientes extremos para estudiar su diversidad genómica y para comprender mejor su papel en los ciclos biogeoquímicos. Se ha estimado que cerca del 50 al 60% del dióxido de carbono fijado en el planeta se debe a la actividad del fitoplancton que incluye a cianobacterias y microalgas. Sin embargo los estudios genómicos de microalgas son limitados y actualmente se cuenta con pocos genomas disponibles de microalgas que habiten en condiciones de ambientes extremos. Se ha determinado que una gran cantidad de comunidades microbianas de Los Azufres están compuestas por microorganismos autótrofos tales como microalgas.

 

Nuestras secuencias metagenómicas de Los Azufres han revelado la presencia de microalgas verdes y rojas en distintas manifestaciones termales como lagos ácidos y sedimentos termales. Con especial interés, los genomas de las microalgas están siendo secuenciados para analizar el potencial genético que le permite a estos microorganismos adaptarse a niveles elevados de metales pesados, fijar carbono y asimilar, acumular y degradar compuestos orgánicos e inorgánicos. Actualmente el estudio de las microalgas está en auge para mejorar la producción de biocombustibles y para obtener productos naturales de interés para las industrias farmacéuticas, alimentarias y químicas.

 

Algunos de nuestros objetivos son:


  1. Secuenciar, ensamblar y analizar los genomas y transcriptomas de las microalgas termoacidófilas.
  2. Analizar el contenido génico de los genomas nucleares y de organelos de las microalgas estudiadas.
  3. Encontrar genes de bacterias y arqueas que se hayan incorporado a los genomas de las microalgas mediante mecanismos de transferencia horizontal.

 

Resultados iniciales:


En un metagenoma de sedimentos termales se identificó a una comunidad integrada en su mayoría por una microalga roja de la familia Cyanidiaceae. También se identificó que las comunidades microbianas de una laguna ácida están compuestas en su mayoría por una población de una microalga verde de la clase Trebouxiophyceae. Los genomas nucleares de las microalgas verdes y rojas se han obtenido parcialmente de secuencias metagenómicas y los genomas de sus organelos se han reconstruido por completo. Se han logrado cultivar colonias de microalgas en el laboratorio que permitirán generar genomas de cepas individuales.

Diversidad del microbioma intestinal de mariposas monarca


Project Leader:
Dr. Luis Eduardo Servín Garcidueñas1 1 .
Working Group:
Dr. Andrés Sánchez Quinto2 , Dra. Esperanza Martínez Romero3 , Dra. Mónica Rosenblueth3 .

1 Escuela Nacional de Estudios Superiores, Unidad Morelia, Universidad Nacional Autónoma de México
2 Instituto de Ecología, Universidad Nacional Autónoma de México, México
3 Centro de Ciencias Genómicas, Cuernavaca, Universidad Nacional Autónoma de México

Dentro de esta línea de investigación se propone analizar las comunidades bacterianas de las mariposas monarca. Las mariposas monarca realizan una migración anual a lo largo de Norteamérica para arribar a bosques de oyamel del occidente de México con la finalidad de entrar en un estado de dormancia que les permite sobrevivir el invierno. Las mariposas monarca han sufrido las consecuencias de pérdida de hábitat por deforestación y por cambio de uso de suelo para cosechas a gran escala, además de los efectos del uso masivo de pesticidas. Las poblaciones migratorias de mariposas monarca se han visto diezmadas en los últimos años y no se conocen las causas exactas aunque pudieran estar relacionadas con los problemas mencionados anteriormente. La importancia del proyecto reside en estudiar con enfoques moleculares a las comunidades bacterianas de insectos migratorios, que entran en estado de dormancia, que reducen su dieta al mínimo y que además se encuentran amenazados.

 

Algunos de nuestros objetivos son:


  1. Llevar a cabo análisis de genómica comparativa de los simbiontes predominantes de los intestinos de las mariposas monarca.
  2. Realizar predicciones funcionales sobre el papel del microbioma de las mariposas monarca.
  3. Realizar censos de diversidad microbiana de la microbiota intestinal de mariposas monarca en distintas etapas de su migración anual mediante técnicas moleculares.

 

Resultados iniciales:


Una de las primeras metas fue analizar la microbiota de las mariposas monarca que habitan en los bosques de oyamel del occidente de México durante el invierno. La microbiota de las mariposas monarca no se había analizado utilizando técnicas moleculares anteriormente. Mediante censos de diversidad microbiana se encontró que la microbiota de las mariposas monarca que visitan los bosques de oyamel durante el invierno es de baja complejidad y que además contiene una población abundante de bacterias del género Commensalibacter. Mediante técnicas de cultivo fue posible aislar a la cepa Commensalibacter sp. MX01 que representa a una especie nueva. Se encontró que el genoma de la cepa MX01 presenta bajo contenido de G+C y que representa el genoma más pequeño entre la familia de las acetobacterias.