Los polifenoles son un grupo diverso de compuestos orgánicos producidos por las plantas. Estos compuestos suelen ser tóxicos para los microorganismos. En las turberas, los científicos creían que los microorganismos evitaban esta toxicidad degradando los polifenoles mediante una enzima que requiere oxígeno. Sin embargo, cuando hay poco o nada de oxígeno, como después de una inundación debido al deshielo inducido por el clima, la enzima está inactiva y los polifenoles se acumulan. Esto inhibe el ciclo del carbono de los microbios. En este estudio, los científicos extrajeron datos de miles de genomas microbianos recuperados de Stordalen Mire, una turbera del Ártico en Suecia. Descubrieron que estos microorganismos utilizaban enzimas alternativas activas en polifenoles, con y sin oxígeno. El estudio subraya la importancia de los polifenoles en la dinámica del carbono de las turberas. También sugiere que el carbono almacenado en estos ecosistemas corre un mayor riesgo de ser liberado a la atmósfera por el cambio climático de lo que se creía anteriormente.
Las turberas del Ártico almacenan enormes cantidades de carbono. A medida que aumentan las temperaturas globales y los entornos cambian en respuesta a ello, la estabilidad del carbono almacenado en estos hábitats se ha convertido en una preocupación apremiante. Los investigadores profundizaron en el microbioma del suelo, analizando las funciones de miles de microorganismos en un ecosistema de turberas del Ártico. Contrariamente a las suposiciones anteriores, el estudio reveló que muchos microorganismos metabolizan polifenoles. Los científicos creían que esta clase compleja de compuestos de carbono era inerte y una parte importante del almacenamiento de carbono. Armados con este nuevo conocimiento, los científicos están mejor equipados para pronosticar los impactos del cambio climático en los ecosistemas del Ártico y diseñar estrategias específicas para mitigar estos efectos.
Las turberas han intrigado a los científicos durante mucho tiempo como reservorios de carbono terrestre, pero el papel de los microorganismos en el ciclo del carbono ha seguido siendo un enigma. Contrariamente a suposiciones anteriores, esta nueva investigación desafía la noción de que los microorganismos de las turberas degradan exclusivamente los polifenoles en condiciones oxigenadas utilizando fenol oxidasa. A partir de los conocimientos derivados de otros entornos limitados en oxígeno como el intestino y el rumen humanos, donde enzimas y vías alternativas metabolizan los polifenoles, el equipo de investigación desarrolló una nueva herramienta computacional para perfilar rápidamente los metabolismos de los polifenoles en genomas microbianos. Este software, aplicado a miles de genomas microbianos muestreados de una turbera del Ártico, reveló una sorprendente diversidad de vías bioquímicas de transformación de polifenoles. Sorprendentemente, ciertos microorganismos codificaron una profusión de estos genes, lo que significa una destreza en la degradación de polifenoles. Además, los hallazgos resaltan la adaptabilidad de la expresión genética microbiana a los cambios en las condiciones redox del suelo en todo el paisaje.
Al descubrir esta bioquímica oculta, esta investigación abre un nuevo camino hacia una nueva comprensión del ciclo del carbono en estos ecosistemas críticos para el clima. Estos hallazgos no solo amplían el conocimiento del metabolismo microbiano, sino que también subrayan la intrincada interacción entre los microorganismos y la dinámica del carbono frente al cambio climático.
Este material se basó en trabajos respaldados por el Programa de Investigación Científica, Biológica y Ambiental de la Oficina del Departamento de Energía (DOE), así como por el Instituto de Integración Biológica de la Fundación Nacional de Ciencias. Una parte de esta investigación se realizó en el marco del programa de Integración de Colaboraciones para la Ciencia de Usuarios de las Instalaciones del DOE y se utilizaron recursos del Instituto Conjunto del Genoma y del Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales, ambas instalaciones de usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE.