Los científicos descubren el motor secreto del cambio climático

El estudio revela que los microorganismos, una vez infectados, contienen nuevos genes generadores de metano.

Un estudio reciente revela que los virus que infectan a los microbios contribuyen al cambio climático al desempeñar un papel clave en el ciclo del metano, un poderoso gas de efecto invernadero, a través del medio ambiente.

Analizando casi 1000 grupos de metagenómica ADN A través de datos de 15 hábitats diferentes, desde diferentes lagos hasta el interior del estómago de una vaca, los investigadores descubrieron que los virus microbianos portan elementos genéticos especiales para controlar los procesos de metano, llamados genes metabólicos accesorios (AMG). Dependiendo de dónde vivan los organismos, la cantidad de estos genes puede variar, lo que sugiere que el impacto potencial de los virus en el medio ambiente también varía según su hábitat.

Este descubrimiento añade una pieza vital para comprender mejor cómo interactúa y se mueve el metano dentro de diferentes ecosistemas, dijo Zhiping Zhong, autor principal del estudio e investigador asociado en el Centro de Investigación Climática y Polar Byrd de la Universidad Estatal de Ohio.

«Es importante comprender cómo los microorganismos impulsan los procesos de metano», dijo Zhong, quien también es microbiólogo cuya investigación estudia cómo los microbios evolucionan en diversos entornos. «Las contribuciones microbianas al metabolismo del metano se han estudiado durante décadas, pero la investigación en el campo viral sigue estando poco estudiada y queremos aprender más».

El estudio fue publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza.

El papel de los virus en las emisiones de gases de efecto invernadero

Los virus han ayudado a impulsar todos los procesos ecológicos, biogeoquímicos y evolutivos en la Tierra, pero los científicos recién han comenzado a explorar sus vínculos con el cambio climático hace relativamente poco tiempo. Por ejemplo, el metano es el segundo mayor generador de emisiones de gases de efecto invernadero después del dióxido de carbono, pero es producido en gran medida por organismos unicelulares llamados arqueas.

«Los virus son la entidad biológica más abundante en la Tierra», dijo Matthew Sullivan, coautor del estudio y profesor de microbiología en el Centro de Ciencias del Microbioma del Estado de Ohio. “Aquí ampliamos lo que sabemos sobre sus efectos agregando genes del ciclo del metano a la larga lista de genes. virus– Genes metabólicos codificados. Nuestro equipo intentó responder cuánto manipulan realmente los virus del 'metabolismo microbiano' durante la infección.

Aunque ahora se conoce bien el papel vital que desempeñan los microbios en la aceleración del calentamiento global, se sabe poco sobre cómo los genes relacionados con el metabolismo del metano codificados por virus que infectan a estos microbios afectan la producción de metano, dijo Zhong. Resolver este misterio es lo que llevó a Zhong y sus colegas a pasar casi una década recolectando y analizando muestras de ADN microbiano y viral de reservorios microbianos únicos.

Uno de los lugares más importantes que el equipo eligió para estudiar es el lago Vrana, que forma parte de una reserva natural en Croacia. Dentro de los sedimentos del lago ricos en metano, los investigadores encontraron una gran cantidad de genes microbianos que influyen en la producción y oxidación de metano. Además, exploraron diversas comunidades virales y descubrieron 13 tipos de AMG que ayudan a regular el metabolismo de su huésped. Sin embargo, no hay evidencia de que estos virus codifiquen directamente los genes del metabolismo del metano, lo que sugiere que el impacto potencial de los virus en el ciclo del metano varía según su hábitat, dijo Zhong.

Impactos sobre el ganado y el medio ambiente

En general, el estudio reveló que es más probable que se encuentre una mayor cantidad de AMG del metabolismo del metano en ambientes asociados al huésped, como el interior del estómago de una vaca, mientras que menos de estos genes se encuentran en hábitats ambientales, como los sedimentos de los lagos. Dado que las vacas y otros animales también son responsables de generar alrededor del 40% de las emisiones globales de metano, su trabajo sugiere que la compleja relación entre los virus, los organismos y el medio ambiente en su conjunto puede estar más estrechamente vinculada de lo que los científicos pensaban anteriormente.

«Estos hallazgos sugieren que los impactos globales causados ​​por los virus están subestimados y merecen más atención», afirmó Zhong.

Aunque no está claro si las actividades humanas han influido en la evolución de estos virus, el equipo espera que los nuevos conocimientos de este trabajo generen conciencia sobre el poder de los agentes infecciosos que pueblan toda la vida en la Tierra. Sin embargo, para seguir aprendiendo más sobre los mecanismos internos de estos virus, se necesitarán más experimentos para comprender mejor sus contribuciones al ciclo del metano en la Tierra, dijo Zhong, especialmente mientras los científicos trabajan para encontrar formas de mitigar las emisiones de metano causadas por microbios.

«Este trabajo es un paso inicial para comprender los impactos virales del cambio climático», dijo. «Todavía tenemos mucho que aprender».

Referencia: “El potencial viral para modular el metabolismo microbiano del metano varía según el hábitat” por Zhi-Ping Zhong, Jingjie Du, Stephan Köstlbacher, Petra Pjevac, Sandi Orlić y Matthew B. Sullivan, 29 de febrero de 2024. Comunicaciones de la naturaleza.
doi: 10.1038/s41467-024-46109-x

Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Croata de Ciencias, la Fundación Gordon y Betty Moore, la Fundación Hysing-Simons, la Unión Europea y el Departamento de Energía de Estados Unidos. Los coautores incluyen a Jinji Du del estado de Ohio, así como a Stefan Kostelbaker y Petra Bejevac de la Universidad de Viena, y Sandy Orlich del Instituto Ruder Boškovitch.