El descubrimiento representa un hito científico más de una década después de que se mapeara exhaustivamente el microbioma humano. Los investigadores utilizaron tecnología de secuenciación de ADN de última generación para analizar comunidades microbianas complejas que habían permanecido prácticamente inexploradas hasta ahora.

Según la investigación publicada en Nature, el análisis de muestras de agua de 48 arrecifes documentó 808.585 genomas virales distintos, estimados en aproximadamente 362.802 virus diferentes. Además, se identificaron 5.283 genomas bacterianos y arqueales que representan 876 especies distintas, de las cuales 584 nunca habían sido documentadas en la literatura científica.

El Dr. Yun Kit Yeoh, científico investigador senior del Instituto Australiano de Ciencias Marinas y coautor principal del estudio, explicó la importancia de estos microorganismos en el ecosistema arrecifal. "Muchos de los microbios del arrecife pueden realizar fotosíntesis. Como las plantas, pueden tomar energía luminosa y convertir dióxido de carbono en oxígeno. Son consumidos por el krill y otros zooplancton, que a su vez son consumidos por otros animales", señaló Yeoh según reportes de The Guardian.

El profesor Philip Hugenholtz, microbiólogo de la Universidad de Queensland y coautor senior del artículo, destacó que estos hallazgos eran esperados dada la magnitud del mundo microbiano. "Esto es simplemente lo enorme que es el mundo microbial. Sabemos que en todas partes donde hacemos secuenciación siempre aparecen nuevos virus. Me sorprendió un poco que encontráramos más de 500 nuevas especies bacterianas", afirmó Hugenholtz.

La investigación, que comenzó hace más de cinco años, fue posible gracias a avances tecnológicos recientes en metagenómica, un campo que permite secuenciar ADN directamente del ambiente sin necesidad de cultivar los microorganismos en laboratorio. Según Nature, una sola gota de agua marina puede contener el ADN de miles de microorganismos diferentes, lo que hace que el análisis sea comparable a resolver simultáneamente miles de rompecabezas.

"No habríamos podido hacer esto hace 10 años, pero afortunadamente la potencia computacional sigue aumentando a un ritmo exponencial", explicó Hugenholtz. Los investigadores utilizaron tecnología de secuenciación de lectura larga, que permite leer grandes fragmentos de ADN sin necesidad de dividirlos en piezas más pequeñas, mejorando significativamente la calidad del análisis.

El estudio reveló diferencias importantes en la composición microbiana entre los siete sectores del arrecife estudiados. Una especie de Parasynechococcus (sp002724845) fue dominante en seis de los siete sectores, con una abundancia relativa promedio entre 8,5% y 14,7%, según Nature. El sector de Townsville mostró una composición microbiana distinta, enriquecida en Prochlorococcus y otras especies, asociada con concentraciones de fosfato cinco veces más altas y concentraciones de amonio seis veces más bajas que en otros sectores.

El mapeo del microbioma podría revolucionar la forma en que se monitorea la salud de los arrecifes de coral. "Ahora podemos usarlo para comenzar a explorar qué hace que un sistema de arrecife sea saludable. Luego podemos examinar cómo estos microbios responden a cambios asociados con el cambio climático, estrés térmico, blanqueamiento, actividad humana u otras perturbaciones ambientales", explicó Yeoh.

Los investigadores demostraron que las comunidades microbianas pueden indicar cambios en el arrecife antes de que sean visibles a simple vista. Según Nature, el análisis de los microbios en un área marina particular puede indicar si ha ocurrido pesca en una zona de no extracción, o si ha habido contaminación por metales pesados. "Es bastante caro obtener una lectura de metales pesados. Es más barato obtener una lectura de los cambios que producen en las comunidades microbianas", señaló Hugenholtz.

El estudio también reveló que 584 de las 876 especies bacterianas identificadas (66,7%) no estaban representadas previamente en bases de datos públicas, según Nature. Esto sugiere que estas especies podrían ser únicas de la Gran Barrera de Coral o estar presentes en otros ecosistemas pero no documentadas debido a dificultades técnicas de secuenciación.

La investigación utilizó un enfoque híbrido que combinó secuenciación de lectura larga (Nanopore) y lectura corta (Illumina). Este método demostró ser significativamente superior a las técnicas tradicionales de lectura corta. Según Nature, la contiguidad de los genomas ensamblados con el método híbrido fue 29 veces mayor que la de los ensamblajes solo con Illumina, con un N50 de 730 kilobases frente a 25 kilobases.

El análisis también identificó un sesgo importante en las técnicas de secuenciación tradicionales. Los organismos con bajo contenido de GC (guanina-citosina) fueron sistemáticamente subestimados en los datos de Illumina, siendo hasta 18 veces menos abundantes en esos datos que en los de Nanopore. Esto explica por qué muchas especies bacterianas importantes, como Marinisomatota y Pelagibacter, habían sido pasadas por alto en estudios anteriores.

La base de datos resultante, denominada Gran Barrera de Coral Microbial Genomes Database (GBR-MGD), contiene 5.283 genomas procariotas, 20 genomas de picoeucariotas a nivel cromosómico y 808.585 genomas virales. Según Nature, cuando se mapearon las lecturas de todos los sitios muestreados contra los genomas desrreplicados, un promedio del 47% ± 11% de la comunidad fue representado por taxa procariotas, superando significativamente los resultados de estudios anteriores como Tara Oceans (7% de mapeo promedio) y GEM (aproximadamente 20% de mapeo promedio).

El descubrimiento también tiene implicaciones para la gestión de arrecifes. Nature reporta que los investigadores utilizaron técnicas de aprendizaje automático para identificar taxa indicadores que pueden predecir de manera confiable los efectos de las prácticas de gestión de arrecifes, como el establecimiento de zonas marinas protegidas. Este es, según los autores, el primer demostración a gran escala de un efecto de gestión de pesca en las comunidades microbianas del agua circundante.

La investigación abre nuevas posibilidades para entender cómo los microorganismos marinos responden a factores ambientales y antropogénicos. Con el cambio climático ejerciendo presión creciente sobre los océanos, esta herramienta de monitoreo microbiano podría ser crucial para predecir la resiliencia ecológica de los arrecifes de coral y otras comunidades marinas. El estudio marca un avance sustancial en la capacidad de recuperar genomas procariotas, eucarióticos y virales completos o casi completos a partir de muestras de agua marina, habilitando investigación y gestión mejorada de ecosistemas marinos.