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Microorganismos de las cuevas volcánicas de La Palma (Islas Canarias): diversidad y potencial uso bioteconológico

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Publication date
2019
Reading date
2019-05-30
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Sáiz Jiménez, Cesáreo
Laiz Trobajo, Leonila
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Los ambientes subterráneos son sistemas singulares caracterizados por condiciones específicas como la ausencia de luz natural, escasez de nutrientes y temperatura y humedad constantes, las cuales definen un complejo escenario para el desarrollo de la vida. Los tubos de lava forman parte de estos ambientes, diferenciándose de otras formaciones subterráneas por su origen volcánico. Una vez se ha formado el tubo de lava, los microorganismos colonizan sus paredes y techos interactuando con el sustrato, desempeñando un papel relevante en los ciclos globales de nutrientes, así como permitiendo la biomineralización y formación de espeleotemas y otras estructuras de origen biogénico. La diversidad microbiana de los tubos de lava es compleja. Comunidades quimiolitoautótrofas y heterótrofas están representadas por grupos taxonómicos a nivel de filo, comunes en la mayoría de los tubos de lava estudiados globalmente. Los grupos más abundantes son Proteobacteria y Actinobacteria, filos bien conocidos por su dinamismo metabólico y que han sido el centro de atención para la ciencia e industria. En los últimos años, ha tomado relevancia la exploración de fuentes alternativas para la obtención de nuevos antibióticos debido a la aparición de bacterias multirresistentes. Los mecanismos que componen el resistoma en las bacterias son muy antiguos y extendidos entre las comunidades microbianas. Por lo tanto, el estudio de estos elementos podría ayudar a diseñar estrategias para combatir la resistencia a antibióticos. A principios del siglo XX, el descubrimiento de la penicilina supuso el inicio de la edad de oro de los antibióticos, siendo el suelo la principal fuente de aislamiento de microorganismos utilizados para tal fin. Ya a finales del citado siglo, las mejoras tecnológicas permitieron la exploración de los océanos, aumentando las opciones de identificar nuevos compuestos bioactivos de origen microbiano. Las condiciones específicas de las cuevas y otros ambientes subterráneos, junto con los avances en materia de secuenciación del ADN, podrían definir a estos ecosistemas como una importante fuente de metabolitos secundarios. Los microorganismos de los tubos de lava de las Islas Canarias (España) no han sido explorados con anterioridad, ofreciendo una oportunidad única para estudiar la microbiología subterránea y su potencial uso biotecnológico. Así, se implementaron métodos dependiente e independiente de cultivos para describir la diversidad microbiana en los tubos de lava y el descubrimiento de nuevas especies de bacterias. Las metodologías independientes de cultivo se centraron en los estudios de los marcadores 16S e ITS usando técnicas de clonación y secuenciación masiva de nueva generación (NGS). La clonación se utilizó inicialmente para comparar las comunidades totales y metabólicamente activas mediante el aislamiento del ADN y ARN de las muestras ambientales. Se identificaron los filos Proteobacteria y Actinobacteria como los grupos más relevantes en todas las muestras estudiadas, destacando el filo Actinobacteria en los estudios del ARN. Las distancias geográficas entre las muestras no parecieron ser una característica determinante para la diferenciación de la diversidad, ya que dos muestras más distantes presentaron comunidades microbianas más semejantes que en otras más próximas. La aplicación de técnicas de NGS en una segunda fase de la tesis supuso el estudio de un mayor número de muestras a analizar. El filo más abundante en casi todas las muestras fue Proteobacteria, a excepción de las muestras de moonmilk donde Actinobacteria constituyó el filo más representativo. Las técnicas dependientes de cultivo se utilizaron para contribuir al estudio de la diversidad microbiana, así como para describir nuevas especies de bacterias. Se aislaron un total de 118 bacterias, clasificadas en los filos Firmicutes (42), Actinobacteria (40), Proteobacteria (34) y Bacteroidetes (2). Un total de 15 cepas de hongos fueron igualmente identificadas. El género de bacterias más abundante fue Streptomyces, proponiéndose a Streptomyces tigalatensis y Streptomyces benahoarensis como nuevas especies. Se llevaron a cabo el desarrollo de ensayos in silico e in vitro de las nuevas especies bacterianas para comprobar sus habilidades metabólicas. Los análisis genómicos predijeron un sistema metabólico secundario dinámico, sugiriendo la capacidad para producir una gran cantidad de diferentes compuestos activos. Sin embargo, únicamente se pudo determinar la capacidad antibiótica y antifúngica en Streptomyces tigalatensis. En definitiva, el trabajo realizado en esta tesis propone a los tubos de lava como potencial reservorio de bacterias productoras de interesantes compuestos bioactivos, así como describe a estos ecosistemas como agentes relevantes en los ciclos globales de nutrientes.
Doctoral program
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Description
Programa de Doctorado en Biotecnología, Ingeniería y Tecnología Química
Línea de Investigación: Biotecnología Microbiana
Clave Programa: DBI
Código Línea: 11
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