Las comunidades microbianas son miembros clave en una gran variedad de ecosistemas naturales, artificiales e industriales. Desempeñan papeles esenciales en diferentes procesos de interés industrial como la elaboración de alimentos fermentados y probióticos, la producción de biomasa y principios activos para fármacos, en procesos metalúrgicos de biolixiviación de minerales de alto valor económico, durante la biorremediación de pasivos ambientales mineros, o en el tratamiento de aguas residuales urbanas, entre otros.
Sin embargo, esto no sería posible sin una adecuada identificación y una óptima comprensión de los roles biológicos de estos consorcios microbianos. Es por ello que, gracias a la METAGENÓMICA, se ha podido entender de una manera más precisa estos roles, volviéndose un componente importante en soluciones diversas para salud pública, farmacología, metalurgia, medioambiente, agroindustria, veterinaria y otros ámbitos.
A partir de datos metagenómicos, caracterizamos y describimos la microbiota a nivel genético, taxonómico y funcional, relacionándola con las condiciones ambientales y explicando la relación existente entre la diversidad microbiana y su entorno.
Diseño experimental
Número de muestras
Tipo de muestras
Definición de variables
Plan de muestreo
Tomas de muestras
Almacenamiento y transporte
Kits de extracción especializados
Calidad del ADN
Barcoding librerías y amplificación
Plataformas
Paired-end, cobertura y núm. lecturas
Calidad y preprocesamiento
Cluesterización de OTUs
Predicción taxonómica
Biodiversidad: a y β
Composición microbiana
Análisis Multivariantes
Integración de la información
Mejora la gestión
ANÁLISIS BIOINFORMÁTICO
¿Existe un conjunto de especies común a todas mis muestras?
Integración de la información metagenómica y ambiental El primer paso es realizar un análisis exploratorio de los factores abióticos. El segundo, es el estudio de las posibles relaciones de estos factores en un determinado entorno. Esto da como resultado el conocimiento de las interacciones que se hallen entre la información metagenómica y la ambiental.
Análisis de datos metagenómicos
Análisis de las condiciones ambientales
Modelos estadísticos que describen explican las interacciones que existen entre ellos y predicen el comportamiento con vista al futuro.
Se trata de una metodología versátil y adaptable cuyo objetivo, es conocer qué comunidades microbianas están gobernando el proceso biotecnológico, como por ejemplo ocurre en los procesos mineros de la biolixiviación y la biorremediación, y en última instancia, mejorar dichos procesos haciéndolos más rentables y/o eficientes al conocer con mayor precisión los microorganismos implicados.
En todos los casos se recogerían las muestras teniendo en cuenta su correcto almacenamiento y preservación hasta llegar al laboratorio, donde se procesarían las muestras y en función de la naturaleza de estas, se elegirían los kits de extracción de ADN más adecuados. Del mismo modo, en la fase de secuenciación se tendría en cuenta, el diseño de primers y librerías, la profundidad de las lecturas, la calidad de la secuenciación y el diseño experimental del estudio.
En cuanto al procesamiento de las muestras de manera bioinformática y bioestadística son técnicas robustas y validadas por la comunidad científica, lo que aporta confianza al estudio, y en todos estos escenarios se procedería a analizar la información siguiendo un plan de actuación.
La metagenómica, como tecnología ómica de alto rendimiento, está acelerando el progreso en la comprensión de la diversidad de la vida microbiana y su comportamiento respecto a su entorno. La metagenómica, directamente a partir de una muestra ambiental, nos permite el estudio de todos los microorganismos que hay en ella. Por tanto, la importancia de esta técnica radica en que nos permite descifrar la diversidad microbiana y las actividades metabólicas de varios microorganismos en dichas condiciones ambientales revelando las estrategias bioquímicas utilizadas por estos microorganismos para sobrevivir en condiciones poco favorables, sino extremas.
En el contexto de la biotecnología minera, dos casos representativos de éxito son los procesos biolixiviación y la biorremediación que se han beneficiado de esta técnica. La biolixiviación ha mostrado ser 30-50% más eficiente que las tecnologías convencionales y más ecológica, ya que requiere 6 veces menos agua y 3 veces menos energía. La aplicación de sistemas de biorremediación basados en microorganismos ha permitido recuperar ambientalmente entornos muy contaminados por años de explotación, aportando una solución a una de las principales razones de conflictos sociales en el sector de la minería. Una mejor comprensión del «microbioma» mineral y sus mecanismos de mineralización y solubilización podría ayudar en la exploración, producción y reciclaje final de los recursos mineros y subproductos como las aguas ácidas.
Los avances en la tecnología de secuenciación de ADN brindan oportunidades sin precedentes para obtener información sobre los genomas de los microorganismos. Por tanto, hoy por hoy, la metagenónica es una herramienta insustituible para la correcta comprensión de la información ambiental aplicada en las áreas de biotecnología minera industrial, agroalimentaria y ciencias de la vida.
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