p Mova-se, cianobactéria! Um estudo em grande escala da superfície dos oceanos da Terra indica que os micróbios responsáveis ​​por fixar o nitrogênio ali - antes considerados quase exclusivamente cianobactérias fotossintéticas - incluem um conjunto abundante e amplamente distribuído de populações bacterianas não fotossintéticas. p O estudo internacional, publicado esta semana em Nature Microbiology , foi liderado por A. Murat Eren (Meren), da Universidade de Chicago e do Laboratório de Biologia Marinha (MBL), Woods Hole, e Tom O. Delmont, da Universidade de Chicago.

p A fixação de nitrogênio é um processo ecológico crítico em que o nitrogênio atmosférico é convertido em amônia, tornando o nitrogênio "biodisponível" para os organismos vivos para usar como um bloco de construção fundamental do DNA, RNA e proteínas.

p "Micróbios que podem fixar nitrogênio ou carbono estão no centro da ecologia das comunidades microbianas em muitos ambientes, incluindo a superfície do oceano, "Delmont diz." Antes de nosso estudo, pensava-se que os micróbios marinhos responsáveis ​​pela fixação de carbono também eram em grande parte responsáveis ​​pela fixação de nitrogênio. Acontece que não é tão simples. "

p "A capacidade dos micróbios de fixar nitrogênio é vital para toda a vida, "diz David Mark Welch, MBL Diretor de Pesquisa. "Este estudo expande nossa compreensão da diversidade biológica da fixação de nitrogênio, fornecendo a primeira evidência genômica de que bactérias não fotossintéticas na superfície do oceano podem realizar essas reações."

p Usando o anvi'o, um estado da arte, plataforma de bioinformática de código aberto para analisar metagenomas (o pool de sequências de DNA que representam todos os organismos microbianos encontrados em um ambiente), a equipe revelou insights sobre micróbios marinhos até então desconhecidos com capacidade de fixação de nitrogênio afiliada com Proteobacteria, bem como Planctomycetes, um filo bacteriano prevalente que nunca foi associado à fixação de nitrogênio antes.

p Essas populações microbianas recém-descritas ocorrem amplamente e são particularmente abundantes no Oceano Pacífico, onde eles calculam em média 700, 000 células por litro de água do mar e até 3 milhões de células por litro - ordens de magnitude a mais do que as estimativas anteriores para fixadores de nitrogênio não cianobacterianos no oceano aberto.

p Usando dados gerados a partir da expedição Tara Oceans de 2009 a 2013, Delmont e colegas reconstruíram cerca de 1, 000 genomas microbianos de mais de 30 bilhões de sequências metagenômicas curtas. Desses 1, 000 genomas, nove continham os seis genes que são necessários para a fixação de nitrogênio, e ainda não tinha os genes necessários para a fotossíntese. Este é o primeiro banco de dados genômico de microrganismos não fotossintéticos que habitam o oceano aberto e são capazes de fixar nitrogênio.

p Como a equipe reconstruiu e usou genomas quase completos para sua investigação (em vez de usar um único gene marcador para fixação de nitrogênio), eles poderiam resolver as afiliações taxonômicas dessas populações fixadoras de nitrogênio. Eles também poderiam investigar seus padrões de abundância e distribuição nos oceanos e mares de onde as amostras vieram (o Atlântico, Pacífico, Oceanos Índico e Meridional e os mares Mediterrâneo e Vermelho).

p "Agora podemos usar esses genomas populacionais para orientar o cultivo em laboratório de Planctomycetes e Proteobacteria fixadores de nitrogênio no oceano aberto, "Delmont diz." Isso nos ajudará a entender as condições em que fixam nitrogênio, a complexidade de seus estilos de vida funcionais, e outros aspectos de sua ecologia que não podemos compreender apenas olhando para seus genomas, genes e funções inferidas. "

p Meren e Delmont começaram esta pesquisa no Laboratório de Biologia Marinha em 2015 com o apoio de um Prêmio de Inovação Lillie da Universidade de Chicago. Meren e seu grupo continuam a desenvolver anvi'o, a plataforma de software de código aberto usada neste e em outros estudos que investigam a ecologia e a evolução dos micróbios por meio de dados de sequenciamento ambiental complexo.

p "Metagenomas ambientais nos dão acesso não adulterado à complexidade das populações microbianas que ocorrem naturalmente, "Meren diz." Embora nossa capacidade de compreendê-los esteja à mercê de nossas tecnologias moleculares e ferramentas computacionais, é revigorante ver ambos avançando rapidamente, e ainda há muito a descobrir. Estamos ansiosos para ver avanços de bancada comprovando essas percepções iniciais sobre as populações ambientais que provavelmente contribuem para um dos processos bioquímicos mais essenciais que fazem nosso planeta funcionar. "

p "Este estudo é outro exemplo de como a resolução de genomas diretamente do DNA de comunidades microbianas inteiras está transformando nossa compreensão da diversidade microbiana, "diz o co-autor Christopher Quince, da University of Warwick, Reino Unido.