Publican evidencia de nuevos grupos de organismos productores de metano

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Un equipo de científicos de la Universidad Estatal de Montana (MSU, por Montana State University) obtuvo la primera evidencia experimental de que dos nuevos grupos de microbios que prosperan en el Parque Nacional de Yellowstone producen metano, un descubrimiento que algún día podría contribuir al desarrollo de métodos para mitigar el cambio climático y proporcionar información sobre vida potencial en otras partes de nuestro sistema solar.

La revista Nature publicó esta semana los hallazgos del laboratorio de Roland Hatzenpichler, profesor asociado en el Departamento de Química y Bioquímica de la Facultad de Letras y Ciencias de MSU y director asociado del Instituto de Biología Térmica de esa universidad. Los dos artículos científicos describen la verificación por parte de los investigadores de MSU de los primeros ejemplos conocidos de organismos unicelulares que producen metano y que existen fuera del linaje Euryarchaeota, que es parte de la rama más grande del árbol de la vida llamada Archaea.

Científicos de la Universidad Estatal de Montana encontraron evidencia de que pequeños organismos que viven en el área hidrotermal del Parque Nacional Yellowstone producen metano. Crédito de la imagen: Roland Hatzenpichler.

Alison Harmon, vicepresidenta de investigación y desarrollo económico de MSU, dijo que está entusiasmada con que los hallazgos con un impacto potencial de tan largo alcance estén recibiendo la atención que merecen. “Es un logro significativo para la Universidad Estatal de Montana tener no uno sino dos artículos publicados en una de las revistas científicas más importantes del mundo”, añadió.

Los organismos unicelulares productores de metano son denominados metanógenos. Mientras que los humanos y otros animales comen alimentos, respiran oxígeno y exhalan dióxido de carbono para sobrevivir, los metanógenos comen moléculas pequeñas como dióxido de carbono o metanol y exhalan metano. La mayoría de los metanógenos son anaerobios estrictos, lo que significa que no pueden sobrevivir en presencia de oxígeno.

Los científicos saben desde 1930 que muchos organismos anaeróbicos dentro de las arqueas son metanógenos, y durante décadas creyeron que todos los metanógenos estaban en un solo filo: el Euryarchaeota.

Pero unos 10 años atrás, comenzaron a descubrirse microbios con genes para la metanogénesis en otros filos, incluido uno llamado Thermoproteota. Ese filo contiene dos grupos microbianos llamados Methanomethylicia y Methanodesulfokora.

“Todo lo que sabíamos sobre estos organismos era su ADN”, señaló Hatzenpichler. “Nadie había visto nunca una célula de estos supuestos metanógenos; nadie sabía si realmente utilizaban sus genes de metanogénesis o si estaban creciendo por algún otro medio".

Hatzenpichler y su equipo **se propusieron probar si los organismos vivían por metanogénesis, basando su trabajo en los resultados de un estudio publicado el año pasado por uno de sus antiguos estudiantes de posgrado en MSU, Mackenzie Lynes.

Se recolectaron muestras de sedimentos en las aguas termales del Parque Nacional Yellowstone con temperaturas que oscilaban entre 141 y 161 grados Fahrenheit (61 a 72 grados Celsius).

A través de lo que Hatzenpichler describió como “un trabajo minucioso”, el estudiante de doctorado de MSU, Anthony Kohtz y la investigadora postdoctoral Viola Krukenberg cultivaron los microbios de Yellowstone en el laboratorio. Los microbios no sólo sobrevivieron sino que prosperaron y produjeron metano. Luego, el equipo trabajó para caracterizar la biología de los nuevos microbios, involucrando al científico Zackary Jay y otros en ETH Zurich.

Simultáneamente, un grupo de investigación dirigido por Lei Cheng del Instituto de Biogás del Ministerio de Agricultura y Asuntos Rurales de China y Diana Sousa de la Universidad de Wageningen en los Países Bajos cultivó con éxito otro de estos nuevos metanógenos, un proyecto en el que habían trabajado durante seis años.

“Hasta nuestros estudios, no se había realizado ningún trabajo experimental con estos microbios, aparte de la secuenciación del ADN”, explicó Hatzenpichler. Quien dijo que Cheng y Sousa se ofrecieron a presentar los estudios juntos para su publicación, y que el artículo de Cheng que informaba sobre el aislamiento de otro miembro de Methanomethylicia se publicó junto con los dos estudios del laboratorio de Hatzenpichler.

_Así, mientras que uno de los grupos de metanógenos recientemente identificados,Methanodesulfokora, parece estar confinado a las aguas termales y los respiraderos hidrotermales de aguas profundas, Methanomethylicia, están muy extendidos, expresó Hatzenpichler. A veces se encuentran en plantas de tratamiento de aguas residuales y en el tracto digestivo de animales rumiantes, y en sedimentos marinos, suelos y humedales. Hatzenpichler dijo que esto es importante porque los metanógenos producen el 70% del metano del mundo, un gas 28 veces más potente que el dióxido de carbono para atrapar el calor en la atmósfera, según la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA, por Environmental Protection Agency).

“Los niveles de metano están aumentando a un ritmo mucho mayor que el dióxido de carbono, y los humanos estamos bombeando metano a la atmósfera a un ritmo mayor que nunca antes”, dijo el investigador de la MSU.

Hatzenpichler dijo que si bien los experimentos respondieron a una pregunta importante, generaron muchas más que impulsarán el trabajo futuro. Por ejemplo, los científicos aún desconocen si las metanometilicias que viven en ambientes no extremos dependen de la metanogénesis para crecer o si crecen por otros medios.

“Mi mejor apuesta es que a veces crecen produciendo metano y otras veces hacen algo completamente distinto, pero no sabemos cuándo crecen, ni cómo, ni por qué”, admitió. “Ahora necesitamos descubrir cuándo contribuyen al ciclo del metano y cuándo no”.

Mientras que la mayoría de los metanógenos dentro de Euryarchaeota usan CO2 o acetato para producir metano, Methanomethylicia y Methanodesulfokora usan compuestos como el metanol. Esta propiedad podría ayudar a los científicos a aprender cómo alterar las condiciones en los diferentes ambientes donde se encuentran para que se emita menos metano a la atmósfera, dijo Hatzenpichler.

Su laboratorio comenzará a colaborar en otoño próximo -del hemisferio norte- con la Granja de Enseñanza e Investigación Agrícola Bozeman de MSU, que proporcionará muestras para futuras investigaciones sobre los metanógenos que se encuentran en el ganado. Además, los nuevos estudiantes de posgrado que se unan al laboratorio de Hatzenpichler en el otoño determinarán si las arqueas recién descubiertas producen metano en aguas residuales, suelos y humedales.

Las Methanomethylicia también tienen una arquitectura celular fascinante, dijo Hatzenpichler. Colaboró con dos científicos de ETH Zurich, Martin Pilhofer y el estudiante graduado Nickolai Petrosian, para demostrar que el microbio forma tubos de célula a célula previamente desconocidos que conectan dos o tres células entre sí_.

Infografía sobre el impacto de los microbios en el metano y el cambio climático

Infografía sobre el ciclo del metano, el impacto de los microbios en el metano y el cambio climático. Crédito de la imagen: Roland Hatzenpichler

“No tenemos idea de por qué los están formando. Rara vez se han visto estructuras como éstas en los microbios. Quizás intercambien ADN; tal vez intercambien sustancias químicas. Aún no lo sabemos”, aseveró Hatzenpichler.

La investigación recientemente publicada fue financiada por el programa de exobiología de la NASA. La NASA está interesada en los metanógenos porque pueden brindar información sobre la vida en la Tierra más de 3 mil millones de años atrás, así como el potencial de vida en otros planetas y lunas donde se ha detectado metano.

Hatzenpichler analizó los resultados de los dos estudios en una conferencia online y en un podcast reciente en Matters Microbial, y produjo la infografía sobre el ciclo del metano que observaron unos párrafos previos. Los interesados en obtener más información sobre su laboratorio, visiten el sitio Environmental Microbiology o envíen un correo electrónico a roland.hatzenpichler@montana.edu.

Importante
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El artículo Cultivation and visualization of a methanogen of the phylum Thermoproteota fue publicado ayer en Nature. Sus autores son: Anthony J. Kohtz, Nikolai Petrosian, Viola Krukenberg, Zackary J. Jay, Martin Pilhofer & Roland Hatzenpichler. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07631-6

Gracias por el artículo Montana State scientists publish evidence for new groups of methane-producing organisms, con la firma de Diana Setterberg, MSU News Service