Identificación, valoración y conservación de diversidad microbiana de ambientes extremos y endémicos seleccionados de Colombia

La Cumbre de la Tierra de Río de Janeiro en 1992 marcó un hito en la historia no sólo para los científicos, sino también para los tomadores de decisiones y políticos, porque generó un compromiso mundial, adquirido por casi 180 naciones para preservar la biodiversidad, el cual quedó consignado en el Convenio sobre la diversidad biológica (CDB). Este hecho, sin duda, fomentó los estudios sobre diversidad biológica en el mundo. No es desconocido considerar a nuestro país como uno de los más biodiversos, por contener en su territorio cerca del 10% de la biota total del planeta, en una extensión continental de ~114¿000.000 hectáreas, que representa el 0.7% de la superficie continental mundial (Romero et al., 2008). En estas consideraciones se ha desconocido la diversidad microbiana en ambientes naturales. Además los esfuerzos hechos por generar inventarios de la diversidad biológica y su relación con la estructura y función de los ecosistemas no la han incluido. Sin embargo el papel de los microorganismos es de vital importancia en el mantenimiento de los ecosistemas, en la regulación de los ciclos biogeoquímicos y el ciclaje de nutrientes, en transformación y descomposición de materia orgánica, de compuestos contaminantes y en la regulación del cambio climático (DiGregorio, 2013). Por su versatilidad bioquímica y metabólica, los microorganismos han colonizado todos los hábitats de la Tierra, lo que se traduce en un amplio potencial de producción de diversos compuestos químicos con un gran espectro de aplicaciones (Timmis et al., 2014). Los microorganismos son fuente promisoria de energía renovable o sostenible en forma de biogas, bioetanol o células microbianas combustibles (Prakash et al., 2013); también son uno de los más importantes insumos en la biotecnología y fuente importante de nuevas enzimas, vitaminas, antibióticos y biomoléculas útiles en la industria farmacéutica, cosmética, de aseo, y agrícola y para aplicaciones ambientales en biorremediación, entre otras. Con miras a descubrir y estudiar funciones, propiedades y moléculas novedosas, la comunidad científica se ha enfocado en los últimos años en la exploración de microorganismos que habitan ecosistemas con condiciones ambientales extremas y únicas. Aunque las técnicas moleculares, como el análisis de genes conservados y la secuenciación metagenómica, han brindado información relevante sobre los microorganismos en un ecosistema, es muy difícil comprender y aprovechar nuevas rutas funcionales exclusivamente a partir de datos de secuenciación. Para entender aspectos de fisiología microbiana, propiedades celulares y el potencial biotecnológico es esencial contar con representantes cultivados. Sin embargo, todavía el número de especies aisladas con las cuales realizar estos trabajos en el laboratorio es muy bajo. Para los eucariotes, y en particular los hongos, hay solo 1.3 millones de especies descritas que representarían el 20% de la diversidad existente (Yarza et. al. 2014; Tamames & Roselló-Mora 2012). Por su parte, los aproximadamente 12.000 nombres científicamente validados de especies de Bacteria y Archaea (Chun & Rainey (2014), podrían representar sólo un 0.1% de lo que existe y por lo tanto son una subestimación de la diversidad microbiana presente en el planeta (Roselló-Mora 2004). Para el caso de Colombia, en un análisis de los estudios de biodiversidad, Arbeláez-Cortes (2013) reporta poca representatividad de los microorganismos, indicando nuevamente que poco se conoce o se estudia su diversidad. Aunque se han hecho estudios recientes de diversidad microbiana en diferentes hábitats naturales en el país (Díaz-Cárdenas et al., 2010a, Díaz-Cárdenas et al., 2010b; Baena et al., 2011; Rubiano-Labrador et al., 2013; Bohórquez et al., 2011; Delgado-Serrano et al., 2014), muchos de ellos se han realizado por técnicas cultivo-independiente y hay pocos representantes cultivados para estudios posteriores. Existe todavía, por consiguiente, la necesidad de ahondar en la exploración la diversidad microbiana en Colombia, en particular en ecosistemas considerados extremos por sus características ambientales y en lugares únicos a nuestra geografía. Dada la importancia y versatilidad metabólica de los microorganismos, la recuperación y estudio de representantes cultivados, complementado con trabajos en el ambiente natural, pueden brindar información importante sobre su componente funcional, su biología y su papel en ecosistemas estratégicos, así como su potencial biotecnológico y su posible relación con fenómenos ambientales. En este proyecto se busca identificar, valorar y conservar biodiversidad microbiana de ambientes extremos y endémicos de Colombia. Teniendo en cuenta la acumulación de resultados previos de los investigadores proponentes, surgen diversas preguntas de investigación: ¿Se pueden desarrollar metodologías novedosas para aumentar el aislamiento de microorganismos (Bacterias, arqueas y hongos) con baja representatividad en las colecciones microbianas de los grupos de investigación? ¿Cuál es la versatilidad metabólica de microorganismos aislados de ambientes extremos y/o endémicos de Colombia? Para responder a estas preguntas proponemos hacer lo siguiente: 1) realizar muestreos en ambientes extremos, como manantiales termales y salinos, y en lugares endémicos y estratégicos para el país, como los páramos. 2) desarrollar estrategias para recuperar grupos de microorganismos poco representados en las colecciones de las instituciones participantes y que resultan de interés por su potencial ecológico, biotecnológico y diversidad funcional. Esto incluye implementación de diferentes estrategias de cultivo para recuperar extremófilos de manantiales termales y salinos y microorganismos de páramo, con un enfoque hacia recuperación de hongos, actinobacterias y microorganismos halotolerantes, halófilos y termófilos. 3) Caracterizar la diversidad microbiana mediante i) secuenciación metagenómica de las comunidades en los sitios muestreados, ii) ensayos fenotípicos y moleculares de los aislamientos obtenidos y iii) secuenciación genómica de aislamientos seleccionados. 4) Depositar los microorganismos aislados, en conjunto con los datos sobre lugares y secuencias, en la colección de microorganismos de la Universidad Javeriana. De esta manera se espera ampliar el conocimiento y registro de la diversidad microbiana en el país y fortalecer las colecciones de microorganismos que pueden servir de insumo para estudios futuros ecológicos y de bioprospección.