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May 03, 2023

Virus marinos: actores sumergidos del cambio climático

9 de junio de 2023 Este artículo

9 de junio de 2023

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por la Sociedad Americana de Microbiología

Si bien el mundo se ha centrado en gran medida en los actores habituales del cambio climático global, como los combustibles fósiles y la deforestación, ha surgido un grupo de contendientes poco probables de las profundidades del océano: los virus marinos. Estas entidades minúsculas pero poderosas ahora están robando el centro de atención a medida que los científicos desentrañan su profunda influencia en el clima de nuestro planeta.

Con un ejército de aproximadamente 1030 partículas de virus, los virus marinos gobiernan la vasta extensión del océano con su asombrosa diversidad. Todos los organismos acuáticos se ven afectados por su presencia de una forma u otra, ya sean bacterias, algas, protistas o peces. El jurado aún está deliberando sobre si el impacto neto de los virus marinos en el cambio climático es positivo o negativo. Sin embargo, la creciente evidencia es difícil de ignorar: los virus marinos poseen un poder transformador capaz de remodelar la estructura misma del ecosistema marino, y su impacto en los ciclos biogeoquímicos es todo menos sutil.

Los bacteriófagos (o simplemente fagos), virus que infectan bacterias, son los virus dominantes en el océano. Tras la infección, los fagos hacen que sus desventurados anfitriones bacterianos se abran a través de un proceso conocido como lisis viral, liberando así nutrientes y materia orgánica en el agua de mar circundante. Este fenómeno, conocido como derivación viral, desvía la biomasa microbiana de los consumidores secundarios en la red alimentaria, como el plancton y los peces, hacia la reserva de materia orgánica disuelta que consumen principalmente las bacterias heterótrofas.

Cuando las bacterias mueren y se descomponen, su materia orgánica tiene el potencial de contribuir al conjunto de materia orgánica particulada (POM) o materia orgánica disuelta (DOM). El POM consta de estructuras complejas y los microbios marinos no lo descomponen fácilmente. En consecuencia, a menudo se transporta a las partes más profundas del océano. Sin embargo, DOM es más fácilmente digerible para los microbios, por lo que se incorpora a su biomasa. A medida que la biomasa microbiana en el océano se expande, se convierte en una fuente de alimento para los organismos de los niveles tróficos más altos, incluido el plancton, que a su vez sirve como presa para los peces.

Pero los fagos también pueden aprovecharse de estos microbios. Se estima que los fagos matan diariamente entre el 10 y el 20 % de las bacterias heterótrofas y entre el 5 y el 10 % de las bacterias autótrofas en el océano, lo que da como resultado una liberación significativa de carbono, nutrientes y otros elementos traza en la red alimentaria microbiana. La materia orgánica disuelta, a su vez, desencadena un festín bacteriano a medida que los microbios consumen con entusiasmo los nutrientes y el carbono recién disponibles, lo que limita su flujo a través de los niveles tróficos más altos. Por lo tanto, la lisis viral promueve la respiración bacteriana que retiene el carbono en los océanos en lugar de liberarlo a la atmósfera. De esta forma, los fagos ayudan indirectamente a secuestrar aproximadamente 3 gigatoneladas de carbono por año.

La lisis viral también juega un papel crucial en la liberación de otros nutrientes vitales en la red alimenticia microbiana del océano, como el nitrógeno y el fósforo, que se encapsulan dentro de las células bacterianas en forma de ácidos nucleicos y aminoácidos. Estos compuestos ricos en nutrientes impulsan el crecimiento y las actividades metabólicas y sirven como un recurso valioso para los microbios heterótrofos y autótrofos.

Los fagos también pueden alterar el ciclo del carbono al remodelar el metabolismo de las cianobacterias, uno de los principales actores en la fijación global de CO2. Por ejemplo, los investigadores encontraron que los cianófagos que infectan a Synechococcus sp. alterar la fotosíntesis del huésped maximizando la producción de energía pero inhibiendo la fijación de CO2. Sin embargo, las implicaciones más amplias de este fenómeno a nivel de ecosistema siguen siendo enigmáticas, presentando un área crucial madura para futuras investigaciones.

Las algas marinas juegan un papel vital en la regulación de los niveles de dióxido de carbono atmosférico a través de su destreza fotosintética. Sin embargo, los problemas acechan en las profundidades cuando emerge una gran cantidad de algas marinas. Ingrese a las temidas floraciones de algas, esos estallidos incontrolables de crecimiento de algas en los ecosistemas acuáticos. Estas floraciones desencadenan una cascada de efectos perjudiciales en los ecosistemas marinos, que van desde el agotamiento del oxígeno y las interrupciones de la red alimentaria hasta la producción de toxinas dañinas.

Una vez más, los virus ocupan un lugar central. Los virus líticos que pueden infectar las algas marinas juegan un papel fundamental en la desaparición de las floraciones de algas y desencadenan una oleada de materia orgánica disuelta que, una vez más, alimenta el crecimiento de las bacterias heterótrofas circundantes y restringe el flujo de energía a niveles tróficos más altos.

Como resultado, los científicos están explorando la idea de utilizar virus para controlar y eliminar de forma natural la proliferación de algas. Esta emocionante área de estudio aún se encuentra en sus primeras fases, y los científicos están realizando actualmente estudios piloto a pequeña escala para recopilar más información y explorar el potencial del enfoque. Un ejemplo de ello es la investigación del virus Heterosigma akashiwo (HaV), que se ha mostrado prometedor en la prevención de la reaparición de mareas rojas tóxicas causadas por la dañina especie de alga Heterosigma akashiwo, salvaguardando en última instancia las pesquerías. Otro estudio sugiere que un cóctel de virus aislado de un lago natural disminuyó la abundancia de la cianobacteria tóxica Microcystis aeruginosa en cultivos de laboratorio en un 95 % en seis días.

Sin embargo, varios desafíos limitan las aplicaciones a gran escala de virus (y cianófagos) para el control de la proliferación de algas. La dinámica de las floraciones de algas en los ecosistemas naturales es compleja, y la implementación de intervenciones virales a mayor escala presenta desafíos tanto logísticos como ambientales. Otra preocupación importante es el desarrollo potencial de resistencia microbiana a los virus, similar a cómo los microbios desarrollan resistencia a los antibióticos. Algunas posibles soluciones para superar la resistencia son el uso de un cóctel de virus, en lugar de un solo virus lítico, y la ingeniería de virus que sean específicos para las algas en cuestión. A pesar de estas limitaciones, la utilización de virus para la remediación de la proliferación de algas es prometedora y continúa siendo un área activa de investigación.

El papel de los virus y fagos marinos en el cambio climático global aún se está desarrollando y hay mucho más por descubrir. A medida que los científicos continúan profundizando en este campo fascinante, hay varios pasos futuros que son muy prometedores.

En primer lugar, se necesita más investigación para descubrir el alcance total de la diversidad viral en los océanos, así como las interacciones entre los virus y las diferentes comunidades microbianas en diversas condiciones ambientales. Recientemente, los científicos han hecho un descubrimiento notable sobre la existencia de "virus gigantes", que poseen genomas extraordinariamente grandes (con un tamaño que oscila entre 300 y 1000 kilopares de bases (kbp)) e infectan huéspedes oceánicos. Lo que hace que estos virus sean aún más intrigantes es el descubrimiento de que son muy frecuentes y poseen la capacidad de infectar una amplia gama de huéspedes eucariotas. Sin embargo, la medida en que los virus gigantes influyen en los ecosistemas marinos y los procesos biogeoquímicos sigue sin explorarse en gran medida, lo que justifica una mayor investigación.

Además, comprender los mecanismos detrás del reciclaje de nutrientes y el secuestro de carbono mediados por virus puede allanar el camino para enfoques innovadores para mitigar la proliferación de algas y mejorar la eficiencia del secuestro de carbono en los océanos. Además, la integración de la dinámica viral en los modelos oceanográficos ayudará a refinar las predicciones de las respuestas de los ecosistemas al cambio climático.

Con el creciente reconocimiento de los virus como agentes influyentes en los océanos, la investigación adicional sobre las funciones y las interacciones de los microorganismos marinos sin duda contribuirá a nuestra capacidad para mitigar los desafíos ambientales y promover la salud y la resiliencia de los ecosistemas marinos frente a un mundo cambiante.

Información del diario:Informes científicos

Proporcionado por la Sociedad Americana de Microbiología