Introducción

La metanogénesis es un proceso bioquímico de gran importancia en investigación biotecnológica de fuentes alternativas de combustibles. En ecología, la metanogénesis juega un papel central en la degradación completa de la materia orgánica. Además, las emisiones de metano son una preocupación general ya que contribuyen al calentamiento global. Aunque este proceso ha sido ampliamente estudiado, nuevas especies representando grupos particulares de archaeas metanogénicas son reportadas regularmente motivando el desarrollo de nuevas herramientas para análisis genéticos y bioinformáticos. Las arqueas metanogénicas forman consorcios complejos en tapetes microbianos y endoevaporitas, que permanecen sin caracterizar. Estudios previos empleando secuenciación de alto rendimiento, han descrito la comunidad microbiana de diversos ambientes, mostrando que la mayoría de estos, se caracterizan por presentar poblaciones globalmente ubicuas, con un asombroso número de especies en muy bajas abundancias y con una fisiología desconocida; conocidas como biósfera obscura o biósfera rara. Esta característica de las comunidades provoca un debate sobre la composición real de la comunidad y expone las limitaciones de los métodos actuales, que no pueden detectar a la mayoría de los miembros numéricamente menores de esas comunidades.

La tendencia de muchos investigadores ha sido simplemente ignorar a los representantes poco comunes y numéricamente menores, lo que lleva a simplificaciones y mala interpretación de los datos, resultantes en conclusiones erróneas. En este proyecto, abordaremos el problema mediante una estrategia independiente del cultivo, basada en secuenciación de alto rendimiento de genes taxonómicos y funcionales, así como un análisis metagenómico tipo“shotgun” de muestras ambientales y experimentos de microcosmos (enriquecimientos).

Tales enriquecimientos promoverán el desarrollo de metanógenos metilotróficos, metilotróficos dependientes de hidrógeno e hidrogenotróficos. El análisis metagenómico de comunidades metanogénicas profundamente secuenciadas (“shotgun”) permitirá ensamblar genomas a partir de los metagenomas (MAG) de los microorganismos más representativos y dilucidar in silico las rutas metabólicas involucrados en la metanogénesis. La metagenómica centrada en el genoma podría revelar microorganismos que pueden albergar funciones únicas con posibles aplicaciones biotecnológicas. Esperamos describir los pares sintróficos microbianos involucrados en la conversión de materia orgánica en metano, a la vez que aumentamos nuestra comprensión de las propiedades emergentes, como la diversidad taxonómica, funcional, la estabilidad, y el papel de los microorganismos en el funcionamiento de los ecosistemas hipersalinos y en la evaluación de las posibilidades de explotación comercial de dicha riqueza microbiana inesperada y poco conocida, para la producción de biogás.

Objetivo general

Ampliar el conocimiento sobre la diversidad microbiana que incluye la biosfera rara y el metabolismo desconocido de las arqueas metanogénicas en ambientes hipersalinos, a través de enfoques metagenómicos e isotópicos.

Objetivos específicos

1. Realizar una caracterización profunda de la comunidad microbiana (Dominios Arquea y Bacteria) de ambientes hipersalinos a través de secuenciación de alto rendimiento para detectar poblaciones muy diversas con bajas abundancias relativas.
2. Obtener conocimientos sobre las vías metanogénicas más representativas en ambientes hipersalinos, a través de un enfoque metagenómico y metatranscriptómico en el experimento de microcosmos.
3. Recuperar los borradores mas representativos de genomas ensamblados con metagenomas (MAG) de los ecosistemas estudiados utilizando un enfoque de metagenómica centrado en el genoma para apoyar el proceso de asignación taxonómica de genes y vías metabólicas de microorganismos directamente involucrados en la metanogénesis.

Avances

• Alejandro López-Cortés, José Q. García-Maldonado, Patricia J. Ramírez-Arenas, Ricardo Vázquez-Juárez y Maurilia Rojas-Contreras. 2021. Biósfera rara en tapetes microbianos hipersalinos de Baja California Sur. Revista Avance y Perspectiva CINVESTAV-IPN. 6(4). https://avanceyperspectiva.cinvestav.mx/biosfera-rara-en-tapetes-microbianos-hipersalinos-de-baja-california-sur/

• Video "Hacia la biología de sistemas en ambientes hipersalinos de Baja California Sur, México. https://www.facebook.com/cibnor/videos/1965420236955317

• José Q. García-Maldonado, Hever Latisnere-Barragán, Alejandra Escobar-Zepeda, Santiago Cadena, Patricia J. Ramírez-Arenas, Ricardo Vázquez-Juárez, Maurilia Rojas-Contreras and Alejandro López-Cortés. 2023. Revisiting microbial diversity in hypersaline microbial mats from Guerrero Negro for a better understanding of methanogenic archaeal communities. Microorganisms. 11 (3): 812 https://doi.org/10.3390/microorganisms11030812.

• Patricia J. Ramírez-Arenas, Hever Latisnere-Barragán, José Q. García-Maldonado, Alejandro López-Cortés. 2024. Highly diverse–Low abundance methanogenic communities in hypersaline microbial mats of Guerrero Negro B.C.S., assessed through microcosm experiments. PLoS ONE 19(10): e0303004. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0303004