En cualquier entorno, existe una clara distinción entre el ADN que se encuentra dentro de las células vivas (tanto las metabólicamente activas como las latentes) y el ADN extracelular (exADN) vinculado a las células muertas, como la autolisis, la senescencia, la infección viral o la depredación. Juntas, estas fuentes de mortalidad pueden crear grandes reservas de exADN, especialmente en los entornos del suelo, donde el exADN representa una gran fracción del ADN microbiano total (33% de media). (3)
Sin embargo, el ciclo del exADN en el suelo no es un sistema cerrado; se repone continuamente con el ADN liberado en el suelo por los organismos vivos y en descomposición. El hecho de que este ciclo sea un sistema abierto e interconectado es vital por varias razones.
Una vez liberado en el medio ambiente, el ADN extracelular se utiliza como fuente de nutrientes y energía para el crecimiento vegetal y microbiano, especialmente en suelos con escaso aporte de nutrientes. El ADN extracelular puede representar más del 10% del fósforo (P) extraíble en el suelo y contiene elementos esenciales como el nitrógeno (N) y el Carbono (C). Las moléculas más pequeñas de exADN también son absorbidas por las células microbianas, donde sirven como bloques de construcción para ácidos nucleicos recién sintetizados o se descomponen en nutrientes esenciales. (1)
La tasa de degradación del ADN se ve afectada por las sustancias inorgánicas y orgánicas de los suelos y los sedimentos, y también porque las biopelículas, los agregados y las vesículas de la membrana externa pueden proteger el ADN relicto de las enzimas hidrolíticas, lo cual es bueno. El ADN relicto que persiste al unirse a los minerales del suelo y a las sustancias húmicas desempeña un papel crucial en la formación de biopelículas, mostrando principalmente funciones estructurales para aumentar la retención de agua, especialmente en la capa superior de los suelos áridos. (1)
El exADN es portador de un mensaje genético que puede ser captado por microorganismos foráneos del suelo mediante una transformación natural y, por lo tanto, atraviesa la barrera de las especies. La transformación natural de ADN foráneo en poblaciones microbianas del suelo nativo es un componente importante de la evolución procariota. (1)
Los microbios desempeñan un papel fundamental en la biogeoquímica del suelo y en el mantenimiento de la fertilidad. Con esto en mente, Biome Makers ha desarrollado y ahora ofrece sus productos patentados, impulsados por la tecnología BeCrop, un secuenciador de amplicones basado en el ADN que determina la composición, la diversidad, la ecología y las funciones putativas de las comunidades microbianas del suelo. El microbioma del suelo se ha establecido como un biomarcador perfecto de la biogeografía, el ciclo de nutrición, el riesgo de enfermedades y la promoción del crecimiento de las plantas, y Biome Makers está utilizando esta información recogida en nuestro laboratorio de biología del suelo como base para las aplicaciones de la agricultura sostenible.
Durante el último año, algunos expertos han advertido sobre la posible sobreestimación o subestimación de la diversidad microbiana del suelo debido a la presencia del pool de exADN en el suelo. A nivel tecnológico, en realidad no es un problema gracias a un colorante fotorreactivo de unión al ADN conocido como monoazida de propidio (PMA) que se une preferentemente al ADN ex. Este proceso hace que el ADN sea insoluble y provoca su pérdida durante la posterior extracción del ADN genómico. (4)
Hasta la fecha, los efectos documentados del exADN en las estimaciones de la diversidad microbiana son idiosincrásicos. Pero además, si no se utiliza la PMA, los últimos estudios muestran que, a pesar de representar una parte sustancial del ADN total, el exADN del suelo tiene un efecto mínimo sobre las estimaciones de riqueza, uniformidad, diversidad filogenética (DP) o la distribución de la abundancia de especies basada en las secuencias del gen 16S rRNA. Además, se informó de que es poco probable que la presencia de exADN del suelo oculte patrones biogeográficos amplios. (3)
Dependiendo de la aplicación, de la pregunta a la que haya que responder y del diseño experimental, el exADN puede ser un problema potencial o el biomarcador perfecto, por ejemplo con aplicación en la certificación de prácticas de gestión o en otras aplicaciones emergentes del microbioma como la arqueología o la criminología. En conclusión, utilizando la genómica del suelo y el poder de la ciencia del suelo para analizar los microbios del suelo y el ADN, los científicos e investigadores pueden presentar nuevas soluciones en la agricultura.
(1) Levy-Booth, D. J., Campbell, R. G., Gulden, R. H., Hart, M. M., Powell, J. R., Klironomos, J. N., … Dunfield, K. E. (2007). Cycling of extracellular DNA in the soil environment. Soil Biology and Biochemistry, 39(12), 2977–2991.
https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2007.06.020
(2) Carini, P., Marsden, P. J., Leff, J. W., Morgan, E. E., Strickland, M. S., & Fierer, N. (2016). Relic DNA is abundant in soil and obscures estimates of soil microbial diversity. Nature Microbiology.
https://doi.org/10.1038/nmicrobiol.2016.242
(3) Lennon, J. T., Muscarella, M. E., Placella, S. A., & Lehmkuhl, B. K. (2018). How, when, and where relic DNA affects microbial diversity. MBio, 9(3), 1–14.
https://doi.org/10.1128/mBio.00637-18
(4) Nocker, A., Sossa-Fernandez, P., Burr, M. D., & Camper, A. K. (2007). Use of propidium monoazide for live/dead distinction in microbial ecology. Applied and Environmental Microbiology, 73(16), 5111–5117.
https://doi.org/10.1128/AEM.02987-06