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

Un estudio reciente revela 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, a través del medio ambiente.

Analizando casi 1.000 conjuntos de datos metagenómicos ADN A partir de 15 hábitats diferentes, 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 una pieza vital 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 impulsan 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 campo viral aún está poco investigada y queremos aprender más».

El estudio fue publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza.

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

Los virus han ayudado a promover todos los procesos ecológicos, biogeoquímicos y evolutivos de la Tierra, pero sólo recientemente los científicos han comenzado a explorar sus vínculos con el cambio climático. Por ejemplo, el metano es el segundo mayor generador de 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 lo que sabemos sobre sus impactos, agregando genes del ciclo del metano a la larga lista de virusgenes metabólicos codificados. Nuestro equipo trató de responder qué parte de los virus del 'metabolismo microbiano' realmente manejan 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, parte de una reserva natural protegida en Croacia. Dentro del sedimento del lago rico en metano, los investigadores encontraron una gran cantidad de genes microbianos que afectan la producción y oxidación de metano. Además, descubrieron diversas comunidades virales y 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.

Ganadería e impactos ambientales

En general, el estudio reveló que es más probable que se encuentren mayores cantidades 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. 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 puede estar más intrínsecamente ligada de lo que pensaban los científicos.

«Estos hallazgos 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 los nuevos conocimientos obtenidos de este trabajo aumenten la conciencia sobre el poder de los agentes infecciosos para habitar toda la vida en la Tierra. Aún así, para seguir aprendiendo más sobre el funcionamiento interno de estos virus, se necesitarán más experimentos para comprender mejor sus contribuciones al ciclo del metano de la Tierra, dijo Zhong, especialmente a medida que los científicos trabajan para encontrar formas de mitigar la emisión de metano causada por microbios.

«Este trabajo es un paso inicial hacia la comprensión de los impactos virales del cambio climático», dijo. «Todavía tenemos mucho más 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 de la naturaleza.
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.