Caracterización de las comunidades microbianas de los sedimentos del Mar Menor

Laburpena

La laguna costera del Mar Menor se sitúa en el sureste de España, concretamente en la región de Murcia. Se trata de una laguna somera, separada del Mar Mediterráneo por una estrecha franja de tierra denominada la Manga del Mar Menor. Debido a la singularidad del ecosistema y a los servicios ecosistémicos que genera, esta laguna se encuentra bajo diferentes figuras de protección medioambiental. Sin embargo, estas figuras no han impedido que la laguna se encuentre altamente afectada por presiones de origen antrópico como son los cambios hidrológicos, la eutrofización, la contaminación por residuos mineros así como por otro tipo de compuestos químicos (Conesa and Jiménez-Cárceles, 2007; Jiménez-Martinez et al., 2016). El Mar Menor y los efectos de estas presiones han sido estudiadas desde el punto de vista de las condiciones fisicoquímicas, la flora, la fauna o las redes tróficas (Marín-Guirao et al., 2008; Muñoz-Vera et al., 2015; Serrano et al., 2019; Romero et al., 2020). Sin embargo, solo existen dos trabajos sobre la microbiología del Mar Menor y la información que aportan es escasa y limitada a la columna de agua (Ghai et al., 2012; Mercado et al., 2021). No obstante, los sedimentos marinos presentan una elevada densidad microbiana así como una alta heterogeneidad metabólica por lo que tienen una gran influencia en los ciclos biogeoquímicos de estos ambientes (Alongi, 1994, 1998; Acosta-González and Marqués, 2016). Con estos antecedentes, el objetivo principal de la presente tesis doctoral fue describir, desde el punto de vista taxonómico, ecológico y funcional las comunidades microbianas de los sedimentos del Mar Menor. DESARROLLO TEÓRICO En el Capítulo 1 se realizó una descripción de las comunidades microbianas de un total de 82 muestras de sedimentos, recogidas en dos puntos temporales, marzo y septiembre del año 2018, y por triplicado, de 14 estaciones de muestreo distribuidas por toda la laguna. Las comunidades microbianas se analizaron mediante la secuenciación de amplicones del gen del ARN ribosómico (ARNr) 16S y recuentos de DAPI en el contexto de varios factores y variables fisicoquímicas. Los resultados mostraron que existe una gran diversidad y heterogeneidad espacial. A nivel taxonómico, las clases principales fueron las Delta- y Gammaproteobacteria seguidos de Bacteroidia. Sin embargo, también se detectaron varios grupos taxonómicos poco conocidos hasta la fecha como son el filo Asgardarchaeota o las clases Woesearchaeia, WCHB1-81 o PAUC43f. Se identificaron a la textura (fango vs arena), la vegetación (Caulerpa vs Cymodocea), la profundidad (somera vs intermedia/profunda) y la zona (norte vs sur) como factores relevantes a la hora de estructurar las comunidades microbianas. Por otro lado, se observó que las estaciones de muestreo contaminadas con elementos potencialmente tóxicos o PTE (Pb, Zn, Cd y As) presentaban cambios temporales significativos mientras que las no contaminadas permanecían estables. Este comportamiento se investigó más en detalle y se concluyó que, probablemente, era debido a la presencia de una comunidad microbiana especializada para sobrevivir en ambientes con altas concentraciones de PTE pero con menor capacidad de adaptación antes cambios en otras variables ambientales en los sedimentos contaminados. Con respecto al Capítulo 2, con el objetivo de identificar las diferencias funcionales entre sedimentos colonizados por Caulerpa y Cymodocea, se realizó una comparación metagenómica y metatranscriptómica de estos sedimentos. Los resultados indicaron que los sedimentos colonizados por Caulerpa presentaban una comunidad microbiana más homogénea pero menos diversa funcionalmente que los sedimentos de Cymodocea. Además, las comunidades de los sedimentos de Caulerpa mostraron estar más especializadas en la degradación de materia orgánica con respecto a las de Cymodocea. El análisis de los genomas ensamblados a partir de los metagenomas (MAGs) reveló la presencia de microorganismos con una potencial capacidad pectinolítica. Finalmente, en este capítulo se identificó, gracias a los análisis metatranscriptómicos, una proteína que podría constituir una nueva CAZyme periplásmica no descrita hasta la fecha. En cuanto al Capítulo 3, se realizó un estudio ecológico, taxonómico y del potencial metabólico de PAUC43f, un grupo del filo Gemmatimonadota, detectado hasta el momento únicamente mediante secuencias del gen del ARNr 16S. PAUC43f se detectó en multitud de ecosistemas, principalmente en sedimentos marinos, esponjas y suelos salinos. Se identificaron 16 géneros dentro de este grupo, algunos de ellos claramente asociados a ambientes específicos. Además, se recuperaron los primeros 39 MAGs de PAUC43f que presentaron un potencial metabolismo quimioorganoheterótrofo y una respiración aerobia facultativa. Finalmente, se realizó una hibridación fluorescente in situ con sondas específicas para PAUC43f y se observó su morfología y estado metabólicamente activo en los sedimentos del Mar Menor. Esta tesis sirve como punto de partida para entender el papel de la microbiota de los sedimentos del Mar Menor en el funcionamiento del ecosistema. CONCLUSIONES 1. Las comunidades microbianas de los sedimentos del Mar Menor presentan una elevada diversidad y heterogeneidad. A pesar de ello, se ha podido detectar un core de 9 OTUs, presente en todos los tiempos y estaciones de muestreo, con una abundancia superior al 0,1%. 2. Las clases dominantes en estos sedimentos son Deltaproteobacteria (ahora phylum Desulfobacterota), Gammaproteobacteria y Bacteroidia, lo que indica una composición taxonómica típica de sedimentos marinos. La inferencia metabólica, con base en la composición taxonómica, apunta a una relevancia de los ciclos del C y S en estos sedimentos. 3. La textura, profundidad, vegetación y zona de la laguna son factores que influyen en la estructura de las comunidades microbianas del Mar Menor. 4. La elevada concentración de PTEs en la zona sur de la laguna ha seleccionado una comunidad microbiana especializada para sobrevivir en estas condiciones extremas, lo que probablemente ha provocado una pérdida en su capacidad adaptativa ante posibles cambios en las variables ambientales. 5. Las comunidades microbianas de sedimentos colonizados por Caulerpa son más homogéneas, pero menos diversas funcionalmente, que las asociadas a los sedimentos con Cymodocea. Además, las comunidades microbianas de Caulerpa están más especializadas en la degradación de materia orgánica. 6. Varios MAGs recuperados de sedimentos colonizados por Caulerpa presentan una potencial capacidad para la degradación de pectina o de algún tipo de polisacárido similar. 7. La proteína con mayor expresión en los sedimentos del Mar Menor podría tratarse de una nueva CAZyme. 8. El grupo PAUC43f está distribuido globalmente, principalmente en sedimentos marinos, esponjas, corales y suelos. Se han identificado 16 géneros de este grupo y se han relacionado algunos de ellos con ambientes concretos. 9. Se han identificado y descrito los primeros 39 MAGs de PAUC43f, que constituyen 14 especies de 5 géneros diferentes. El potencial metabólico inferido de estos MAGs sugiere un metabolismo quimiorganotrofo con respiración aerobia facultativa. 10. Los miembros del grupo PAUC43f cumplirían un papel ecológico relevante en el ecosistema como consumidores de N2O, un potente gas de efecto invernadero, y como suministradores de serina y vitamina B1 a la comunidad procariota y eucariota. 11. El grupo PAUC43f constituiría un orden dentro de la clase Gemmatimonadetes, o un orden dentro de una nueva clase del filo Gemmatimonadota. Se propone el nombre Candidatus Palaucibacterales para dicho orden.