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Científicos identifican preferencias ambientales de los microbios con el aprendizaje automático

Los microbios, incluidas las bacterias, son fundamentales para el funcionamiento de los ecosistemas

Los expertos en agricultura y silvicultura también suelen añadir bacterias vivas para "inocular" las plantas en crecimiento con comunidades bacterianas útiles (Pixabay)

15 minutos. Los investigadores descubrieron una manera de predecir las preferencias de pH ambiental de las bacterias a partir de un rápido vistazo a sus genomas, utilizando el aprendizaje automático. Dirigido por expertos de la Universidad de Colorado (Estados Unidos), el nuevo enfoque promete ayudar a guiar los esfuerzos de restauración ecológica, la agricultura e incluso el desarrollo de probióticos relacionados con la salud, según publican en la revista Science Advances.

"Sabemos que en cualquier entorno hay un montón de bacterias con importantes funciones ecológicas, pero sus preferencias ambientales suelen ser desconocidas -explica Noah Fierer, miembro del Instituto Cooperativo de Investigación en Ciencias Ambientales (CIRES) y profesor de ecología y biología evolutiva en la Universidad de Colorado Boulder-. La idea es utilizar esta técnica para averiguar los fundamentos de su historia natural".

Comprender si ciertas bacterias tienen más probabilidades de prosperar en ambientes ácidos, neutros o básicos es sólo un primer paso, explica el autor principal Josep Ramoneda, becario visitante del CIRES.

Anticiparse

Según apunta, "se podría utilizar este método para anticipar cómo se adaptarán los microbios a casi cualquier cambio ambiental. Digamos, por ejemplo, que el aumento del nivel del mar está llevando más agua salina a un humedal costero. Podemos anticipar cómo responderán los microbios a estos cambios ambientales", afirma.

Los microbios, incluidas las bacterias, son fundamentales para el funcionamiento de los ecosistemas, ya que ayudan al crecimiento de las plantas, permiten el ciclo de nutrientes en los lagos e incluso facilitan la digestión humana.

Pero a menudo son imposibles de aislar y cultivar en el laboratorio, por lo que apenas sabemos nada de ellos, según Ramoneda y Fierer, salvo su composición genética. Las técnicas de "pesca" genética de las últimas décadas han dado lugar a bases de datos de genomas bacterianos que crecen exponencialmente.

Así que el equipo de investigación, en el que han participado investigadores de Canadá, se basó en lo que los científicos saben sobre unos pocos grupos bacterianos, que prosperan a un pH particular u otro, y luego utilizó el aprendizaje automático para vincular las preferencias ambientales de pH de esos grupos con su composición genética. El trabajo consistió en analizar los genomas de más de 250.000 tipos de bacterias de casi 1.500 muestras de suelos, lagos y arroyos.

Aprendizaje automático

"Lo que hemos descubierto es que podemos hacer inferencias sobre sus preferencias de pH basándonos únicamente en los datos genómicos", afirma Ramoneda. Para los científicos, una de las implicaciones más inmediatas del hallazgo es que podría ayudarles a cultivar colonias de bacterias quisquillosas que nunca antes habían podido cultivar, dándoles una primera idea de qué pH utilizar. Puede llevar años averiguar cómo "cultivar" bacterias para estudiarlas en el laboratorio, y el método de aprendizaje automático podría hacer que ese proceso fuera mucho, mucho más eficaz, afirma Fierer.

Los expertos en agricultura y silvicultura también suelen añadir bacterias vivas para "inocular" las plantas en crecimiento con comunidades bacterianas útiles, explica Ramoneda. Ahora podrían conocer mejor y más rápidamente los tipos de bacterias que podrían ayudar a restaurar una pradera autóctona frente a los pinares, o a cultivar mejor el maíz o la soja, asegurándose de que los inoculantes se adaptan al pH local.

A continuación, el equipo tiene previsto intentar comprender mejor las preferencias de temperatura de las bacterias, otro sistema complejo en el que probablemente intervienen muchísimos genes. Eso podría ayudarles a entender mejor cómo influirá el calentamiento en las comunidades bacterianas del suelo, por ejemplo. "La alternativa es intentar cultivarlas todas en el laboratorio, y eso es doloroso", concluye Fierer.

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