Biodegradación de hidrocarburos alifáticos en sedimentos marinos subantárticos : estudios poblacionales y metagenómicos

La costa Patagónica se encuentra expuesta a la contaminación por hidrocarburos de origen antrópico, los cuales pueden persistir en los sedimentos costeros, sobre todo en regiones frías. La biodegradación mediada por bacterias autóctonas constituye un mecanismo importante de eliminación de estos contaminantes del medio ambiente. El objetivo general de esta Tesis fue incrementar nuestro conocimiento sobre las poblaciones bacterianas degradadoras de hidrocarburos alifáticos en sedimentos costeros crónicamente contaminados de ambientes subantárticos (Bahía Ushuaia, Tierra del Fuego). Para ello, se emplearon diferentes técnicas moleculares independientes del cultivo de microorganismos, basadas tanto en el análisis de genes marcadores funcionales, marcadores filogenéticos, así como también estrategias metagenómicas. Como marcador funcional se utilizaron los genes alkB, que codifican para la subunidad catalítica del complejo enzimático Alcano hidroxilasa AlkB, una familia de enzimas clave en el metabolismo aeróbico de alcanos. Se observó la existencia de una gran diversidad de variantes de genes alkB en los sedimentos de Bahía Ushuaia, con una predominancia de secuencias relacionadas al filo Proteobacteria, y Actinobacteria en segundo lugar. Al analizar una muestra representativa de sedimentos por secuenciación en gran escala de amplicones del gen para el ARN ribosomal 16S, se observó una comunidad dominada por géneros bacterianos conocidos por su capacidad de degradar hidrocarburos o que se han visto asociadas a la biodegradación a bajas temperaturas: Oleispira, Pseudoalteromonas, Glaciecola, y Psychrobacter. Asimismo, miembros del clado Roseobacter (Alphaproteobacteria), y del género Nocardioides (Actinobacteria) también fueron abundantes. Evaluamos la respuesta de la comunidad bacteriana frente a una exposición experimental a petróleo crudo con y sin el agregado de nutrientes. La comunidad bacteriana del sedimento respondió rápidamente, observándose cambios tanto a nivel funcional como estructural. A nivel funcional, se identificaron secuencias de genes alkB que pueden ser consideradas relevantes ecológicamente, y que pueden ser utilizadas para el desarrollo de herramientas moleculares de diagnóstico ambiental. A nivel estructural, sugerimos que los miembros del clado Roseobacter, Maribius (Alphaproteobacteria), junto con Nocardioides (Actinobacteria), serían importantes en los procesos de atenuación natural de hidrocarburos alifáticos en este ambiente. Luego del tratamiento con petróleo crudo y nutrientes, se produce un cambio drástico en la estructura de la comunidad bacteriana, seleccionándose predominantemente los géneros Alcanivorax (Gammaproteobacteria) y Thalassospira (Alphaproteobacteria). Asimismo, observamos el enriquecimiento de varios géneros que no habían sido reportados asociados a la biodegradación de hidrocarburos, en particular de los ordenes Caulobacterales y Flavobacteriales. La utilización de dos estrategias metagenómicas nos permitió seguir ampliando el espectro de diversidad de los genes alkB característicos de sedimentos de Bahía Ushuaia, y estudiar aspectos de la organización génica. En conjunto, nuestros resultados indican que la importancia de miembros del filo Bacteroidetes con respecto al potencial de biodegradación de hidrocarburos en ambientes costeros de zonas rías podría haber sido subestimada. Mediante la construcción y el análisis de una biblioteca metagenómica en fósmidos, se identificaron dos fragmentos genómicos (de longitud 33 kb y 38 kb), conteniendo secuencias AlkB de longitud completa y novedosas, como así también genes contiguos potencialmente involucrados en el metabolismo de alcanos y lípidos. Ambos fragmentos genómicos se encontraron relacionados con los genomas de miembros del filo Planctomycetes. No existían hasta el momento reportes de la presencia de genes que codifican para la degradación de alcanos en este grupo filogenético, el cual se encuentra aún muy poco estudiado. En resumen, el estudio mediante métodos independientes del cultivo de las comunidades microbianas de un ambientes frío crónicamente contaminado de la Patagonia, nos permitió la identificación de genes biomarcadores y microorganismos indicadores para la biodegradación de alcanos en estos ambientes, inferir su posible respuesta a la exposición a petróleo crudo y su comportamiento frente a la bioestimulación con nutrientes, así como también avanzar en el análisis del contexto genómico de algunos de estos genes en grupos microbianos ecológicamente relevantes pero aún poco conocidos.