Biologia de los microorganismos-1068 (1275)

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M É T O D O S D E E S T U D I O E N E C O L O G Í A M I C R O B I A N A 627
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Antes de la era de la metagenómica, los análisis de las comu-
nidades microbianas se centraban normalmente en la diversidad 
de un gen individual en una muestra ambiental. Sin embargo, 
en la genómica ambiental se pueden muestrear todos los genes 
de una comunidad microbiana determinada, y si se hace con un 
diseño experimental adecuado, la información obtenida puede 
suponer una comprensión mucho más profunda de la estruc-
tura y el funcionamiento de la comunidad que la que aportan 
los análisis de genes individuales.
El objetivo inmediato de la genómica ambiental no es generar 
secuencias genómicas completas y acabadas, como se ha hecho 
con muchos microorganismos cultivados (Capítulo 6). Más 
bien, la idea es detectar el mayor número posible de genes que 
codifiquen proteínas reconocibles y después, si se puede, deter-
minar la filogenia de los organismos a los que pertenecen dichos 
genes. No obstante, esta limitación se está reduciendo a causa 
del aumento en la cobertura gracias a la tecnología de secuen-
ciación de DNA de alto rendimiento (Figura 18.16) y al uso de 
algoritmos mejorados para el ensamblaje de los datos metage-
nómicos de secuencia. Estos avances han permitido la recons-
trucción rutinaria de genomas a partir de DNA de la comunidad 
(véase la página de introducción de este capítulo).
Sin embargo, un problema de los genomas ensamblados a par-
tir de una mezcla de lecturas de secuencia de DNA ambiental es 
que no es probable que sean clonales, sino compuestos de frag-
mentos de DNA de cepas estrechamente relacionadas de una 
Una micromatriz génica funcional llamada GeoChip con-
tiene unas 50.000 secuencias génicas de más de 290 categorías 
génicas. Las categorías abarcan un rango muy amplio de capa-
cidades metabólicas, entre ellas la producción y el consumo 
de metano, sistemas respiratorios alternativos (como la reduc-
ción desasimiladora con metales o la halorrespiración), la 
resistencia a metales pesados, la degradación de los contami-
nantes clorados persistentes y las etapas oxidativas y reducto-
ras comunes en los ciclos del nitrógeno, el carbono y el azufre 
(Capítulo 20).
Los filochips y las micromatrices génicas funcionales como el 
GeoChip evitan muchos de los pasos más largos —PCR, DGGE, 
clonación y secuenciación— de los análisis de las comunidades 
microbianas que hemos analizado anteriormente (Figura 18.13). 
Una ventaja importante de estos métodos respecto del método 
de secuenciación es la reproducibilidad, especialmente en 
el caso de taxones poco abundantes. No obstante, un punto 
importante que hay que tener en cuenta a la hora de interpre-
tar cualquier micromatriz génica es la posibilidad de que se pro-
duzcan hibridaciones inespecíficas; es decir, es posible que no 
se resuelvan variantes génicas con secuencias estrechamente 
relacionadas a causa del solapamiento de los patrones de hibri-
dación. Además, genes no relacionados en absoluto pueden dar 
falsos resultados positivos si son suficientemente complemen-
tarios con la sonda como para producir hibridación. A pesar 
de todo, los filochips y las micromatrices génicas funcionales 
constituyen otra importante herramienta para la evaluación, no 
basada en técnicas de cultivo, de biodiversidad microbiana y 
actividades metabólicas potenciales.
MINIRREVISIÓN
 ¿Qué es un filochip y qué información puede ofrecernos?
 ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de la tecnología de 
micromatrices respecto de la secuenciación de los productos 
de la PCR?
 ¿Por qué, en general, los análisis de T-RFLP no capturan 
completamente la diversidad de los filotipos en una muestra 
ambiental?
18.7 Genómica ambiental y métodos 
de estudio relacionados
Un enfoque más incluyente del estudio molecular de las comu-
nidades microbianas es la genómica ambiental, también lla-
mada metagenómica. Estos métodos utilizan la secuenciación 
y el análisis de todos los genomas microbianos de un ambiente 
concreto para caracterizar el contenido genético completo de 
dicho ambiente. Inicialmente la metagenómica tenía como 
objetivo la captura de fragmentos al azar de DNA ambien-
tal en plásmidos pequeños o grandes, que eran usados para 
crear genotecas de DNA ambiental para secuenciación; tam-
bién, las genotecas se podían usar para buscar nuevos genes, 
como los que codifican la producción de antibióticos. No obs-
tante, la introducción de la tecnología de secuenciación de 
DNA de alto rendimiento ( Secciones 6.2 y 18.5) acelera-
ron esta técnica y eliminaron la necesidad de clonar el DNA. 
En su lugar, el DNA se podía secuenciar ahora directamente 
del DNA total.
Comunidad
microbiana
DNA
Resultados
Árbol filogenético basado en 
un solo gen
Conjunto total de genes
de la comunidad
1. Instantánea filogenética
de la mayoría de los
miembros de la comunidad
2. Identificación de nuevos
filotipos
1. Identificación de todas las
categorías génicas
2. Descubrimiento de nuevos genes
3. Asociación de los genes a los
fenotipos
Genomas 
parciales o 
completos
Método de muestreo
de la comunidad
Amplificación de un único
gen, por ejemplo, un gen
que codifica el rRNA 16S
Digestión del DNA total con enzimas 
de restricción y secuenciación al azar, 
O secuenciación directa (sin clonación) 
con un secuenciador de alto 
rendimiento
Método de genómica
ambiental
Extracción del DNA
total de la comunidad
Ensamblaje
y anotación
Secuenciación
y generación
del árbol
Figura 18.18 Método de un único gen frente a la genómica ambiental
para analizar la comunidad microbiana. En la genómica ambiental se 
secuencia el DNA de toda la comunidad, pero es posible que los genomas 
ensamblados no estén completos. La recuperación de todos los genes es 
variable y depende, entre otros factores, de la complejidad del hábitat y de 
la cantidad de secuencias determinadas. La recuperación suele ser mejor 
cuando la diversidad es baja y la secuencia es muy redundante.
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