Las ventilas hidrotermales de mar profundo (VHMP) surgen a partir de la actividad magmática y tectónica en la corteza oceánica, generando un flujo continuo de agua caliente que alcanza temperaturas de hasta 400°C. Estos sistemas representan oasis excepcionales de diversidad sostenidos por comunidades microbianas adaptadas a condiciones extremas. Son modelos idóneos para investigar las primeras formas de vida en el planeta, su diversificación, mecanismos de adaptación para sobrellevar condiciones hostiles, e incluso brindan oportunidades en el campo de la bioprospección y biorremediación. Sin embargo, se cuenta con poca información en torno a al funcionamiento y regulación de sus comunidades bióticas; y el estudio de su biodiversidad se ha limitado principalmente a dos componentes: los procariontes y la macrofauna, ignorando eucariontes clave en la translocación de nutrientes como los micromicetes (hongos microscópicos).
Este grupo de microorganismos incluye a más de la mitad de especies descritas dentro del reino de los hongos, y está constituido por diversos grupos taxonómicos con representantes en todos los phyla. Es una fuente importante de metabolitos secundarios, siendo de gran relevancia para el campo de la bioprospección. Su estudio en VHMP es reciente, y con menos de 11 años de desarrollo, lentamente se generado información de línea base que apunta hacia niveles altos de diversidad. Con base a estos trabajos, se ha inferido el rol funcional fúngico en las VHMP; sin embargo a la fecha aún no se cuenta con evidencia contundente.
Dentro de aguas nacionales, se conocen tres sistemas de VHMP. El primero en Guaymas, siendo ampliamente estudiado por grupos nacionales y extranjeros. Los otros dos sistemas son la Cuenca de Pescadero y la Dorsal de Alarcón, descubiertos al Sur del Golfo de California en el año 2017. En éstos, la diversidad faunística, el entorno físico-químico, y estructura de las cadenas tróficas han sido descritas, y como resultado se reportan diferencias significativas entre ambos sistemas. Cabe mencionar que la Cuenca Pescadero presenta infiltraciones naturales de gas disuelto, hidrocarburos, metano, hidrógeno y sulfuro de hidrógeno, constituyendo un modelo idóneo para explorar la capacidad de su microbiota para la biodegradación de hidrocarburos y polímeros sintéticos.
A mediados del 2018, se estableció una colaboración con el Dr. Luis Soto González (Investigador jubilado en 2019 del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, UNAM), para realizar una exploración preliminar de la diversidad fúngica en estos sistemas. Se analizaron siete núcleos de sedimento, y se estandarizaron los procedimientos experimentales de laboratorio. Como resultado se logró aislar una gran diversidad de microorganismos (incluyendo hongos y bacterias), los cuales son preservados en una colección de cultivos; y se generaron datos preliminares de su diversidad utilizando un método de secuenciación de nueva generación. Asimismo, se obtuvieron datos preliminares sobre las interacciones in vitro entre especies clave. En conjunto, esta información sugiere la presencia de una diversa comunidad fúngica en coexistencia e interacción con la comunidad bacteriana lo cual potencialmente podría regular las cadenas tróficas. Actualmente el total de las muestras (n=21), está bajo resguardo en el laboratorio C-121 IBUNAM. Éstas, serán analizadas como parte del presente proyecto con los siguientes objetivos: 1) examinar exhaustivamente la diversidad de las comunidades fúngicas que habitan los sedimentos superficiales colectados en la Cuenca de Pescadero y la Dorsal de Alarcón (incorporando métodos cultivo-dependientes e independientes); 2) preservar ex situ los recursos genéticos obtenidos en una colección de cultivos; 3) dilucidar el rol funcional de estos organismos en interacción con miembros de la comunidad microbiana (usando transcriptómica comparada), y en la trama trófica (a través del análisis de sus firmas isotópicas de carbono, nitrógeno y azufre); y 4) evaluar la capacidad de aislados fúngicos selectos para degradar y deteriorar polímeros sintéticos. El presente proyecto contribuirá, mediante un enfoque integrativo y novedoso, al entendimiento del funcionamiento de VHMP mediante la generación de conocimiento científico de vanguardia en torno a su diversidad fúngica y roles funcionales, incursionando también en su aprovechamiento para la biodegradación de polímeros.
Los micromicetes son un componente crucial de la biodiversidad en todos los ecosistemas, tanto marinos como terrestres. Brindan servicios irremplazables en los ciclos de nutrientes, favoreciendo el establecimiento de comunidades bióticas diversas. Además, representan un recurso genético valioso para el país, al ser una fuente importante de metabolitos de gran relevancia en el área de la bioprospección. No obstante, a nivel mundial la diversidad fúngica en VHMP apenas está siendo reconocida, y en México no existen estudios al respecto. A pesar de que se tienen indicios de su importancia funcional, se desconoce el grado en el que estos eucariontes contribuyen al ciclo del carbono en los océanos; y particularmente en mar profundo. Por lo que, por un lado, contar con datos sobre su composición isotópica, permitiría aproximar su posicionamiento y rol funcional en las tramas tróficas de biomas oceánicos en mar profundo, y particularmente para concebir el funcionamiento de las VHMP y sistemas extremos en términos de los procesos de flujo de materia y energía. Por otro lado, la generación de información de línea base en cuanto a su diversidad en VHMP en aguas nacionales es crucial el potencial aprovechamiento de sus funciones metabólicas en diversos campos tales como la medicina, industria, biorremediación, entre otras. Lo cual en definitiva, representa una aproximación novedosa que brinda la oportunidad de realizar investigación de frontera a nivel internacional.
El presente proyecto de investigación aportará, por primer a vez para el país, información sobre la diversidad taxonómica y funcional de micromicetes en sistemas de VHPM. Se generará conocimiento novedoso y de frontera sobre las capacidades funcionales de este grupo de eucariontes microscópicos en respuesta al establecimiento de interacciones con otros miembros de la comunidad microbiana (e. g. bacterias), su participación y posicionamiento dentro de la redes tróficas, así como su aprovechamiento potencial para la biodegradación de polímeros. En conjunto, la información generada revelará nuevas concepciones sobre lo que hasta ahora se sabe sobre la diversidad y la ecología funcional de las comunidades biológicas asociadas a ventilas hidrotermales, y su uso para combatir contaminantes persistentes presentes en sistemas marinos (puntualmente plásticos). Además, mediante el aislamiento y preservación ex situ de la porción cultivable de las comunidades, se consolidará la colección de cultivos generada durante la fase preliminar del presente proyecto, asegurando la investigación y aprovechamiento a posteriori del os recursos genéticos.
Con base a nuestros resultados preliminares sobre la diversidad fúngica en los sistemas de estudio (detallados en la sección anterior), se espera describir una alta diversidad taxonómica con la presencia de linajes novedosos en la Cuenca de Pescadero y de la Dorsal de Alarcón, mediante la aplicación de un enfoque integrativo que considera tanto metodologías de microbiología clásica (dependientes de cultivo y el análisis fenotípico de los aislados) como técnicas de frontera tales como la secuenciación masiva. Asimismo, se falseará la hipótesis sobre el rol funcional activo de estos organismos en las VHMP, por medio del análisis de sus firmas isotópicas de carbono, nitrógeno y azufre; y la caracterización de mecanismos de interacción biótica con otros miembros de la comunidad microbiana (mediante el estudio de perfiles de expresión genética en especies selectas). Finalmente, se identificarán especies (aisladas de los sistemas estudiados) con la capacidad de utilizar polímeros sintéticos como única fuente de carbono, posicionándolas como potenciales agentes biodegradadores de plásticos en sistemas marinos.
A mediano y largo plazo, se proyecta generar bases conceptuales y metodológicas sólidas que favorezcan el entendimiento de sistemas marinos extremos de mar profundo, enfatizando en la contribución de su diversidad fúngica. Esto a su vez, y mediante un enfoque integrativo que contenla la preservación ex situ de los aislados fúngicos, propiciará la generación de conocimiento científico interdisciplinario posibilitando la vinculación de los resultados con áreas tales como la farmacognosia y la biotecnología para explorar la utilización de los recursos genéticos obtenidos.