Los investigadores de la Universidad de Colorado Boulder han dado un gran paso en la comprensión de la ecología microbiana con un nuevo enfoque de aprendizaje automático que les permite predecir las preferencias ambientales de las bacterias a partir de una rápida revisión de sus genomas. Este avance podría ser valioso en la agricultura y la silvicultura, la restauración ecológica y el desarrollo de probióticos relacionados con la salud.
La investigación se centra en comprender las preferencias de pH ambiental de las bacterias. La comprensión de si ciertas bacterias prosperan en ambientes ácidos, neutros o básicos es el primer paso para anticipar cómo se adaptarán los microbios a cualquier cambio ambiental. Si, por ejemplo, el aumento del nivel del mar trae más agua salada a un humedal costero, la nueva técnica de aprendizaje automático permitirá a los investigadores anticipar cómo responderán los microbios a estos cambios ambientales.
Aprendizaje automático y bacterias
Los microbios, incluidas las bacterias, son esenciales para el funcionamiento de los ecosistemas. También ayudan a las plantas a crecer, permiten el ciclo de nutrientes en los lagos e incluso apoyan la digestión humana. Pero a menudo, son imposibles de aislar y cultivar en el laboratorio, por lo que sabemos poco sobre ellos, excepto por su composición genética. Las técnicas de «pesca» genética de las últimas décadas han dado lugar a bases de datos de genomas bacterianos que crecen exponencialmente.
El equipo de investigación utilizó lo que los científicos saben sobre algunos grupos bacterianos, que prosperan en un pH particular u otro. Luego utilizó el aprendizaje automático para vincular las preferencias de pH ambiental de esos grupos con su composición genética. El trabajo consistió en clasificar los genomas de más de 250 000 tipos de bacterias de casi 1500 muestras de suelo, lagos y arroyos.
«Lo que encontramos es que podemos hacer inferencias sobre sus preferencias de pH basándonos solo en datos genómicos», dijo el autor principal Josep Ramoneda. Una de las implicaciones más inmediatas del hallazgo es que podría ayudar a cultivar colonias de bacterias meticulosas que nunca antes habían podido cultivar, al darles una primera suposición sobre qué pH usar.
Preferencias ambientales de los microbios
Los expertos en agricultura y silvicultura también suelen agregar bacterias vivas para «inocular» las plantas en crecimiento con comunidades útiles de bacterias. Ahora, pueden obtener una mejor comprensión más rápida de los tipos de bacterias que podrían ayudar a restaurar una pradera nativa en comparación con los bosques de pinos, o para cultivar mejor el maíz o la soja, al garantizar que los inoculantes se adapten al pH local.
El equipo de investigación planea tratar de obtener información sobre las preferencias de temperatura de las bacterias en su próximo proyecto. Comprender cómo el calentamiento influirá en las comunidades bacterianas del suelo sería un gran paso hacia una mejor comprensión de la ecología microbiana.
En pocas palabras, el nuevo enfoque de aprendizaje automático ofrece una forma emocionante de comprender mejor las preferencias ambientales de las bacterias a partir de sus genomas. Esta técnica promete tener importantes aplicaciones en áreas como la agricultura, la restauración ecológica y la investigación médica. Además, puede llevar a una comprensión más profunda de la ecología microbiana en general. Con más investigación, podemos aprender mucho más sobre estos pequeños organismos que tienen un impacto tan grande en nuestro mundo.
Referencias:
Building a genome-based understanding of bacterial pH preferences: https://doi.org/10.1126/sciadv.adf8998
