Biodiversidad microbiana de los ecosistemas marinos en la Isla Cayo Serrana durante la Expedición Seaflower 2016 - Proyecto Colombia BIO

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La biota marina juega un rol fundamental a nivel sistémico de los ambientes marinos, ya que regula el equilibrio entre los factores bióticos y abióticos y cumplen servicios de alimentación, protección costera, recreación, entre otros, para las comunidades humanas que se sustentan de estos recursos. Los microorganismos marinos, en particular, son fundamentales para el funcionamiento y salud de estos ecosistemas y de la macrobiota, debido a que contribuyen de manera integral a los flujos, procesos y ciclos biogeoquímicos del carbono, nitrógeno y azufre, y representan el 90% de la biomasa de los océanos. Se estima que pueden existir 1.2 x 1029 microorganismos en hábitats acuáticos y hasta 3.5 x 1030 en la sub-­‐ superficie oceánica; además, el número de virus en el océano se estima en órdenes de magnitud mayores a 1030. Por tanto, por su alta abundancia y diversidad, los microorganismos marinos representan un recurso biológico de gran importancia, cuyas fluctuaciones puede generar un impacto significativo en todo el sistema.

En los ambientes marinos, los microorganismos se encuentran libres en la columna de agua o crecen adheridos a una variedad de sustratos inertes y vivos, incluyendo las superficies de muchos invertebrados, vertebrados y plantas, con quienes establecen asociaciones simbióticas que varían desde mutualismo, a comensalismo, competencia y antagonismo. Existen evidencias de que la composición de las comunidades microbianas asociadas a la macrobiota es diferente a la existente en el ambiente marino alrededor, debido a condiciones microambientales específicas en las superficies de los organismos, que soportan la proliferación de ensambles de comunidades microbianas con características particulares. Además, también se han reportado diferencias entre las comunidades microbianas asociadas a cada grupo taxonómico (corales, esponjas, algas, etc.), que conllevan una alta diversidad de interacciones simbióticas en el ambiente marino.

Cerca del 99% de los microorganismos no son cultivables en laboratorio, por lo cual en años pasados gran parte de la riqueza de microorganismos en ambientes marinos había pasado desapercibida [6]. No obstante, los avances recientes en biología molecular y tecnologías de secuenciación de alto rendimiento han permitido el desarrollo de estudios en ecología molecular, metagenómica [7], [8] y modelamiento ecológico, que han señalado que los microorganismos constituyen el grupo más filogenéticamente y funcionalmente diverso, siendo determinantes en la biodiversidad funcional de los ecosistemas y afectando la salud y funcionamiento de los organismos hospederos. Este gran recurso genético contiene, además, una gran diversidad metabólica que representa un potencial virtualmente inexplorado para la bioprospección de productos naturales con beneficios y propiedades diversas, tales como antibacterianas, antifúngicas, antiviral, anticancer y antibiofilm, entre otras.

Uno de los grandes desafíos para el estudio de la biodiversidad microbiana en los ambientes marinos es la falta de información sobre la estructura y ecología microbiana marina, que constituyen una línea base para evaluar y cuantificar los cambios observados en la biodiversidad de estos ecosistemas como respuesta a presiones antrópicas y ambientales [3]. En este contexto, este estudio busca contribuir al conocimiento y cuantificación de la biodiversidad microbiana de la Reserva de la Biosfera Seaflower para promover la valoración de los recursos marinos y costeros de la región, su preservación y aprovechamiento sostenible. Se empleará un análisis metagenómico para determinar la diversidad y funcionalidad metabólica de las comunidades microbianas asociadas a organismos en los ecosistemas marinos de la Reserva de la Biosfera Seaflower, con el fin de generar conocimiento valioso para caracterizar y cuantificar estas comunidades e identificar el potencial de bioprospección presente en este recurso. Además, las comunidades microbianas caracterizadas podrán servir como bioindicadores para monitoreo del estado de salud y estabilidad funcional de los organismos y el ecosistema marino, de tal manera que se pueda evaluar la influencia de las actividades antropogénicas y el cambio climático sobre los ecosistemas marinos, detectar desequilibrios funcionales en el ecosistema marino causados por variaciones en la composición y abundancia de la microbiota y dirigir la toma de decisiones para solucionar problemas ambientales.

Durante la expedición llevada a cabo en agosto de 2016 se tomaron muestras de 15 hospederos de los cuales se extrajo 479 registros de la biodiversidad microbiana.

Data Records

The data in this occurrence resource has been published as a Darwin Core Archive (DwC-A), which is a standardized format for sharing biodiversity data as a set of one or more data tables. The core data table contains 479 records. 1 extension data tables also exist. An extension record supplies extra information about a core record. The number of records in each extension data table is illustrated below.

  • Occurrence (core)
    479
  • MeasurementOrFact 
    2874

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Centro de Bioinformática y Biología Computacional de Colombia - BIOS (2016). Biodiversidad microbiana de los ecosistemas marinos en la Isla Cayo Serrana durante la Expedición Seaflower 2016. Versión 2.0. Aportados por: Cristancho MA, Alvarez Yela CA, González-Muñoz A, Vargas-Ochoa V. Conjunto de datos/Registros biológicos. DOI: doi:10.15472/xcpipy

Rights

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The publisher and rights holder of this work is Centro de Bioinformática y Biología Computacional de Colombia - BIOS. This work is licensed under a Creative Commons Attribution (CC-BY) 4.0 License.

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This resource has been registered with GBIF, and assigned the following GBIF UUID: 746dbba0-9a4c-4c0c-b462-fbced8436d42.  Centro de Bioinformática y Biología Computacional de Colombia - BIOS publishes this resource, and is itself registered in GBIF as a data publisher endorsed by Colombian Biodiversity Information System.

Keywords

Occurrence; ecosistemas marinos; biodiversidad; microorganismos; conservación; metagenómica; bioprospección; biotecnología; Colombia BIO; Observation

Contacts

Who created the resource:

Marco Aurelio Cristancho
Director Científico
Centro de Bioinformática y Biología Computacional de Colombia - BIOS Ecoparque los Yarumos - Edificio BIOS Manizales Caldas CO 57 6 8755656
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Teniente - Jefe Área de Asuntos Marinos y Costeros
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Marco Aurelio Cristancho
Director Científico
Centro de Bioinformática y Biología Computacional de Colombia - BIOS Ecoparque los Yarumos - Edificio BIOS Manizales Caldas CO 57 6 8755656
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Who else was associated with the resource:

Author
Astrid Catalina Alvarez Yela
Investigadora Bioprospección y Bioinformática
Centro de Bioinformática y Biología Computacional de Colombia - BIOS Ecoparque los Yarumos - Edificio BIOS Manizales Caldas CO 57 6 8755656
http://www.bios.co/
Author
Andrea González Muñoz
Investigadora Bioprospección y Bioinformática BIOS
Centro de Bioinformática y Biología Computacional de Colombia - BIOS Ecoparque los Yarumos - Edificio BIOS Manizales Caldas CO 57 6 8755656
http://www.bios.co/
Author
Valentina Vargas Ochoa
Investigadora Bioprospección y Bioinformática BIOS
Centro de Bioinformática y Biología Computacional de Colombia - BIOS Ecoparque los Yarumos - Edificio BIOS Manizales Caldas CO 57 6 8755656
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Content Provider
David Alejandro Alonso Carvajal
Coordinador Programa Biodiversidad y Ecosistemas Marinos
Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras “José Benito Vives de Andréis - INVEMAR Calle 25 No. 2-55, Playa Salguero Santa Marta Magdalena CO 57 5 4328600
http://www.invemar.org.co/
Content Provider
Javier Gómez León
Coordinador Programa Valoración y Aprovechamiento de Recursos Marinos y Costeros
Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras “José Benito Vives de Andréis - INVEMAR Calle 25 No. 2-55, Playa Salguero Santa Marta Magdalena CO 57 5 4328600
http://www.invemar.org.co/
Content Provider
Luisa Fernanda Espinosa Díaz
Coordinadora Programa Calidad Ambiental Marina
Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras “José Benito Vives de Andréis - INVEMAR Calle 25 No. 2-55, Playa Salguero Santa Marta Magdalena CO 57 5 4328600
http://www.invemar.org.co/

Geographic Coverage

Reserva de la Biosfera Seaflower, Isla Cayo Serrana.

Bounding Coordinates South West [14.286, -80.368], North East [14.465, -80.131]

Taxonomic Coverage

479 registros de los reinos Bateria, Archaea y Fungi

Kingdom  Bacteria,  Aarchaea,  Fungi

Temporal Coverage

Start Date / End Date 2016-08-23 / 2016-08-25

Project Data

No Description available

Title Caracterización de biodiversidad para el fortalecimiento de colecciones científicas y la generación de información genética de la biodiversidad colombiana, en el marco del programa Colombia BIO
Funding Colombia BIO. Convenio especial de cooperación No. 341 del 2017. Aunar esfuerzos para caracterizar la biodiversidad en áreas de interés científicO y con baja información biológica, para el fortalecimiento de las colecciones científicas y la generación de información genética de la biodiversidad Colombiana, en el marco del programa Colombia BIO.

The personnel involved in the project:

Point Of Contact
Felipe García

Sampling Methods

Las muestras de moco de coral fueron tomadas mediante un raspado con jeringa estéril sobre la superficie del organismo y succión del moco desprendido. Fijación en tubos de 2 ml con alcohol al 70%. Las muestras asociadas a algas y esponja, se obtuvieron con una fracción de tejido extraída con guantes, las cuales fueron almacenadas en bolsas ziploc estériles bajo el agua y se fijaron en tubos de 2 ml con alcohol al 70%.

Study Extent La Isla Cayo Serrana, ubicada en la Reserva de la Biosfera Seaflower (RB-SF), es un monte submarino emergido de origen volcánico de 32 km de largo por 16 km de ancho, conformado por seis cayos: East Cay, South Cay, Little Cay, Narrow Cay, Southwest Cay y North. Estos cayos conforman una laguna central de ~20 m de profundidad con extensos parches arrecifales, cuya parte oeste se encuentra expuesta hacia el Caribe central.
Quality Control Los datos colectados pasaron por un proceso de validación y depuración por medio de la implementación de herramientas para mejorar la calidad de datos como Google Refine.

Method step description:

  1. Extracción de ADN y secuenciación: A partir de las muestras recolectadas en la expedición se realizará la extracción de ADN mediante kits comerciales. La calidad y cantidad de ADN extraído se determinarán mediante electroforesis en geles de agarosa y métodos espectrofotométricos. El proceso de extracción y cuantificación de ADN será contratado con una empresa externa. Una vez se cuente con la cantidad y calidad óptima de ADN de las muestras, se procederá a generar las librerías metagenómicas usando diferentes kit comerciales y su secuenciación con plataformas de nueva generación.
  2. Análisis de datos metagenómicos: Una vez obtenidas las secuencias genómicas, se hará el análisis bioinformático durante el tiempo planteado para este proyecto. Inicialmente, se realizará el preprocesamiento de las secuencias crudas, la limpieza y normalización, usando los programas FastQC, Fastx-­‐toolkit y Trimmomatic. Esta etapa permite eliminar artefactos y códigos de secuenciación, eliminar lecturas con baja calidad y garantizar la homogeneidad en los contenidos de nucléotidos. Posteriormente, se realizará el ensamblaje de las lecturas con el ensamblador CLC, con el objetivo de obtener secuencias más largas que representen genes funcionales y que permitan el análisis de los mismos. Los conjuntos de datos obtenidos permitirán hacer los análisis a nivel estructural y funcional de las comunidades evaluadas. A partir de las secuencias ensambladas se hará una búsqueda por similitud usando Basic Local Alignment Search Tool (BLAST), que compara la información contra bases de datos de secuencias conocidas y encuentra coincidencias para iniciar alineamientos a partir de estos puntos de similitud. Con la información obtenida del BLAST, se establecerán asociaciones usando plataformas como Metagenome Analyzer (MEGAN). MEGAN explora y estima el contenido taxonómico usando información del NCBI y empleando un algoritmo simple que asigna cada lectura al ancestro común más lejano, identificado durante la búsqueda. Adicionalmente, se hará la anotación funcional de las secuencias ensambladas usando herramientas como Metapathways y KAAS. Estos programas permiten mapear marcos de lectura abierta (ORF), identificar los genes codificados por las secuencias y asignar las enzimas producidas a partir de estos genes. Finalmente, se generará una lista de enzimas que será mapeada contra bases de datos de genes y de metabolismo: como KEGG y METANETX, para la identificación de las reacciones que catalizan, y de la rutas bioquímicas asociadas a dichas reacciones. Se obtendrán estimativos porcentual de la funcionalidad metabólica de las comunidades microbianas presentes en los ecosistemas marinos. Finalmente, con la información obtenida se generará un repositorio de genes que represente la biodiversidad microbiana de la Reserva de la Biosfera Seaflower, que permita cuantificar el potencial de estos ecosistemas para el desarrollo sostenible de la región, e identificar genes de interés para proyectos futuros de bioprospección.

Additional Metadata

Asociado al recurso se realizo un informe de resultados el cuál puede ser solicitado a BIOS.

Purpose Contribuir al conocimiento y cuantificación de la biodiversidad microbiana de la Reserva de la Biosfera Seaflower para promover la valoración de los recursos marinos y costeros de la región, su preservación y aprovechamiento sostenible.
Alternative Identifiers doi:10.15472/xcpipy
746dbba0-9a4c-4c0c-b462-fbced8436d42
http://ipt.biodiversidad.co/sib/resource?r=bios_microorg_seaflower_2016