Tradicionalmente, la calidad biológica del agua se ha determinado mediante métodos fisicoquímicos y microbiológicos clásicos que apuntan a cultivar las bacterias presentes en una muestra. Sin embargo, parte importante de los microorganismos que habitan en el medio ambiente son imposibles de cultivar individualmente.

En las últimas décadas, el desarrollo de metodologías que logran descifrar la secuencia de la información genética que se encuentra codificada en el DNA, han permitido estudiar a los microorganismos en un nivel que antes era imposible.

Se conoce como metagenómica al estudio de todos los genomas, es decir, al estudio de la secuencia total del material genético que poseen los microorganismos en un sitio en específico. Esto incluye la descripción taxonómica (es decir, la identificación de qué microorganismos están presentes y en qué cantidad), así como la caracterización de la capacidad funcional de sus genes (es decir, la descripción de qué pueden hacer los microorganismos). En otras palabras, permite el estudio de todos los microorganismos presentes en una muestra, incluso los que no se conocen, sin la necesidad de cultivarlos.

En Chile, esta herramienta aún no ha sido utilizada para el análisis microbiológico de los cuerpos lacustres y en este proyecto hemos demostrado que es posible caracterizar la microbiología asociada a distintos puntos del Lago Llanquihue mediante el uso de metagenómica. Para ello, hemos utilizado las metodologías de secuenciación “Shotgun metagenomic sequencing” y secuenciación de amplicones del gen 16S rRNA (16S Amplicon sequenging).

Al ser pioneros en el uso de la metagenómica para la descripción microbiológica de cuerpos lacustres, hemos utilizado la información recopilada para diseñar una manera fácil de describir el estado microbiológico de los sitios analizados. Para ello, utilizamos la abundancia de las bacterias identificadas, la que nos permite ordenar los microorganismos de mayor a menor en función de su prevalencia.

Los gráficos de barras indican la variedad relativa de las bacterias encontradas en las uestras de agua, distinguiendo los puntos de muestreo. Los diferentes colores corresponden a los principales filos bacterianos (categoría en taxonomía situada entre el reino y la clase). La amplitud vertical de cada color representa la abundancia de cada filo.

Utilizando las 50 bacterias de mayor prevalencia, realizamos una clasificación de acuerdo con la función descrita que estas tienen en literatura científica. Para ello, hemos generado una base de datos que nos permite clasificarlas en dos categorías.

Por una parte, se identifican aquellas bacterias con actividad medio ambiental, es decir, que han sido identificadas como responsables de ciclos biogeoquímicos o que han sido descritas como presentes de forma natural en los cuerpos de agua.

Por otra parte, se reconocen aquellas bacterias asociadas a actividades humanas, es decir, que han sido descritas como presentes en el cuerpo humano o en animales domésticos, que provienen de la producción agraria, o que provocan algún tipo de patogénesis en animales o humanos. Esta última clasificación correspondería a bacterias que están presentes en el agua debido a actividades antropogénicas, y que pueden ser un peligro para la salud animal y humana.

Los gráficos de anillo muestran los porcentajes de géneros bacterianos ambientales y no ambientales encontrados en cada una de las muestras recolectadas.

• Para una muestra, se utiliza 1 litro de agua tomada desde el Lago, que se recupera mediante botellas de vidrio estériles.
• Las muestras son transportadas inmediatamente al Laboratorio, manteniendo la temperatura baja, para ser filtradas a través de filtros de MCE (Ésteres de Celulosa) con tamaño de poro de 0.22 um y 47 mm de diámetro.
• Se hace pasar el agua a través de los filtros mediante presión negativa para capturar los microorganismos presentes en el agua.
• Luego, los filtros son utilizados para extraer el DNA de los microorganismos capturados, utilizando Kit de extracción de DNA genómico (AccuPrep® Genomic DNA Extraction Kit, BIONEER), siguiendo las instrucciones del fabricante.

• El DNA obtenido es enviado a un servicio de secuenciación de ácidos nucleicos especializado (NOVOGENE, USA) para su procesamiento.
• Finalmente, la información cruda obtenida desde el servicio de secuenciación es procesada mediante herramientas bioinformáticas basadas en los lenguajes de programación Python y R, con el objetivo de identificar los microorganismos presentes en cada una de las muestras analizadas.