La materia oscura microbiana [1] [2] (MDM) comprende la gran mayoría de los organismos microbianos (generalmente bacterias y arqueas ) que los microbiólogos no pueden cultivar en el laboratorio, debido a la falta de conocimiento o capacidad para proporcionar las condiciones de crecimiento requeridas. La materia oscura microbiana es análoga a la materia oscura de la física y la cosmología debido a su elusividad en la investigación y su importancia para nuestra comprensión de la diversidad biológica. La materia oscura microbiana se puede encontrar de forma ubicua y abundante en múltiples ecosistemas, pero sigue siendo difícil de estudiar debido a las dificultades para detectar y cultivar estas especies, lo que plantea desafíos a los esfuerzos de investigación. [3] Es difícil estimar su magnitud relativa, pero la estimación general aceptada es que tan solo el uno por ciento de las especies microbianas en un nicho ecológico dado son cultivables. En los últimos años, se han dirigido más esfuerzos a descifrar la materia oscura microbiana mediante la recuperación de secuencias de ADN del genoma de muestras ambientales a través de métodos independientes del cultivo, como la genómica de células individuales [4] y la metagenómica . [5] Estos estudios han permitido obtener información sobre la historia evolutiva y el metabolismo de los genomas secuenciados, [6] [7] lo que ha proporcionado un conocimiento valioso necesario para el cultivo de linajes de materia oscura microbiana. Sin embargo, la investigación sobre la materia oscura microbiana sigue relativamente poco desarrollada y se plantea la hipótesis de que proporcionará información sobre procesos radicalmente diferentes de la biología conocida, nuevos conocimientos sobre las comunidades microbianas y una mayor comprensión de cómo sobrevive la vida en entornos extremos. [8]
Nuestra comprensión actual de la materia oscura microbiana nació de un campo que aún enfrentaba limitaciones con el cultivo de microbios tradicionales. Una de las principales limitaciones de esta época era una dependencia excesiva del uso de métodos de cultivo. Esta dependencia excesiva significaba que una gran cantidad de diversidad microbiana aún estaba por descubrir. Sin embargo, a fines del siglo XX, nuevos avances en técnicas moleculares llevaron a un aumento en el descubrimiento de microbios no cultivados. A pesar de esta nueva diversidad, una gran mayoría de especies microbianas siguen sin caracterizarse. [9] Este hecho fue demostrado aún más por el desarrollo de técnicas avanzadas de secuenciación genómica a principios del siglo XXI que descubrieron una mayor cantidad de diversidad microbiana de lo que se creía anteriormente. [8]
La metagenómica es una técnica en el campo de los estudios microbianos que nos permite secuenciar ADN directamente a partir de muestras de entornos microbianos. Esta técnica innovadora nos permite identificar el material genético de microbios desconocidos y evitar la dependencia excesiva del uso de cultivos. El uso de la metagenómica se diferencia de otros métodos microbianos en que utiliza una descripción amplia mediante el uso de muestras a granel. Esta técnica ha ampliado nuestra comprensión de las funciones microbianas en los ecosistemas mediante el descubrimiento de nuevos genes y vías metabólicas. [10]
Los métodos de genómica unicelular han demostrado ser prometedores en apoyo de los enfoques metagenómicos al permitir el estudio de células microbianas individuales aisladas de sus entornos naturales, un método que se ha empleado para descubrir la diversidad genómica y funcional dentro de las comunidades microbianas, en particular aquellas que no se pueden cultivar. Las técnicas unicelulares también han identificado con éxito numerosas nuevas ramas en el árbol de la vida, lo que ha permitido comprender mejor las lagunas en el conocimiento filogenético actual y el potencial metabólico de estos organismos. [11]
A pesar del auge de los métodos independientes del cultivo como métodos exitosos para la investigación de la materia oscura, las mejoras en las técnicas de cultivo siguen siendo relevantes y necesarias para mejorar la comprensión actual de los microbios MRM. Hasta el momento, los avances en métodos como los medios de crecimiento altamente específicos para imitar los entornos microbianos naturales y el cocultivo de especies microbianas sinérgicas han demostrado ser exitosos en el estudio de microbios que antes no se podían cultivar. Estos avances también sirven para facilitar la aplicación de la investigación MRM en usos biotecnológicos y fisiológicos. [12]
Los estudios genómicos producen grandes cantidades de datos para analizar. Este análisis requiere el uso de componentes computacionales avanzados. La subdisciplina científica de la bioinformática utiliza tecnología computacional para recolectar genomas y realizar análisis sobre las vías metabólicas. En los últimos años, la investigación sobre inteligencia artificial y aprendizaje automático ha producido nuevas formas de aumentar nuestra capacidad para predecir el comportamiento de las especies microbianas utilizando sus datos genéticos. [13] Estos nuevos desarrollos en el mundo de las herramientas computacionales nos han permitido comprender mejor la estructura y la dinámica presentes en las comunidades microbianas.
Se ha sugerido que cierto material genético de materia oscura microbiana podría pertenecer a un nuevo (es decir, cuarto) dominio de la vida, [14] [15] aunque también son posibles otras explicaciones (por ejemplo, el origen viral), lo que tiene vínculos con la cuestión de una hipotética biosfera en la sombra . [16]
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