Artículo Destacado | 1-nov-2022
Una nueva tecnología de cultivo llamada «microplaca porosa» revela cómo interactúan las microalgas fotosintéticas con su microambiente.
imagen: diagrama esquemático de la microplaca porosa entre pocillos de cultivo. Esto permite cultivar microalgas y bacterias en pozos a diferentes distancias entre sí e intercambiar nutrientes sin estar en contacto físico.
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Crédito: Imagen cortesía de Hyungseok Kim, Instituto de Tecnología de Massachusetts
La ciencia
Las microalgas son algas demasiado pequeñas para ver con el ojo humano que viven tanto en agua dulce como en agua de mar. Son responsables de la mitad de la fijación de carbono que se produce en la Tierra a través de la fotosíntesis. La fijación es el proceso en el que el dióxido de carbono se mueve de la atmósfera a formas orgánicas sólidas. Esto hace que las microalgas sean importantes para controlar el cambio climático. Las microalgas también tienen el potencial de ser una fuente de bioenergía sostenible. El agua inmediatamente fuera de sus células, llamada «ficosfera», es rica en carbono orgánico secretado por las algas. La ficosfera es un ecosistema ideal para el crecimiento de bacterias. Sin embargo, es difícil detectar y medir la actividad de las células bacterianas y el crecimiento de la población en la ficosfera. Esto se debe a que los científicos no han podido rastrear bacterias individuales y sus ubicaciones en relación con las células de algas en el transcurso de un ciclo de crecimiento de la población de algas.
El impacto
Esta investigación buscó nuevas formas de estudiar cómo la ficosfera estructura las comunidades bacterianas a lo largo del tiempo y el espacio. Los investigadores crearon un nuevo método de cultivo conjunto llamado «microplaca porosa». La microplaca está hecha de un material con poros a nanoescala, más pequeños que las microalgas y bacterias. Las microplacas se colocan en las paredes entre los pozos de cultivo, que son pequeños estanques donde crecen microalgas y bacterias en un laboratorio. Los pequeños poros significan que las microplacas pueden pasar nutrientes y moléculas asociadas con el metabolismo entre las células de cultivo mientras bloquean el contacto físico entre las algas en los pozos adyacentes. Este diseño permitió a los investigadores estirar la ficosfera tanto en el espacio como en el tiempo. Como resultado, pudieron cuantificar cómo crecen las bacterias y cómo cambia la comunidad bacteriana a diferentes distancias de las células de algas. El nuevo método ayudará a los microbiólogos y otros investigadores a comprender las microalgas y, en última instancia, su papel en el clima de nuestro planeta.
Resumen
Después de secuenciar el ADN del microbioma de algas cultivado en la microplaca, el equipo reveló que ciertas bacterias respondían a la producción de carbono orgánico por parte de las algas de una manera espacialmente dependiente. Específicamente, encontraron que las bacterias asociadas con las algas alcanzaron una mayor abundancia cuando se colocaron más cerca del pozo de cultivo de algas. Este resultado se ajusta a las expectativas de entornos reales de ficosfera. Los investigadores también encontraron inesperadamente que el cultivo de la diatomea Feodáctilo en la microplaca condujo a rendimientos 20 veces mayores que los cultivos discontinuos debido a la continua suplementación de nutrientes.
El nuevo método de incubación en microplacas porosas es muy eficaz para el cultivo de algas, lo que permite que las diatomeas Feodáctilo para acumularse hasta su límite físico teórico, densamente empaquetado con distancias de celda a celda iguales a su radio de celda. Este resultado puede ser importante para los esfuerzos por producir una mayor y más eficiente producción de biomasa de algas a gran escala. Además, el sistema de microplacas porosas facilita la investigación de interacciones microbianas a nivel comunitario en ecosistemas complejos a pequeña escala mediados por el intercambio de metabolitos. El sistema muestra que la ficosfera de algas es un ecosistema complejo que permite que múltiples grupos microbianos prosperen en diferentes lugares dentro de este entorno a microescala.
Fondos
El trabajo fue apoyado por el Programa de Ciencias del Genoma de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía como parte del programa de investigación del Área de Enfoque Científico de iBiospheres. La Fundación Educativa Kwanjeong proporcionó apoyo adicional.
