Browsing by Author "Guajardo Leiva, Sergio Eduardo"

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    A First Insight into the Microbial and Viral Communities of Comau Fjord-A Unique Human-Impacted Ecosystem in Patagonia (42 degrees S)
    (2023) Guajardo Leiva, Sergio Eduardo; Mendez, Katterinne N.; Meneses Araya, Claudio Antonio; Diez Moreno, Beatriz; Castro Nallar, Eduardo
    While progress has been made in surveying the oceans to understand microbial and viral communities, the coastal ocean and, specifically, estuarine waters, where the effects of anthropogenic activity are greatest, remain partially understudied. The coastal waters of Northern Patagonia are of interest since this region experiences high-density salmon farming as well as other disturbances such as maritime transport of humans and cargo. Here, we hypothesized that viral and microbial communities from the Comau Fjord would be distinct from those collected in global surveys yet would have the distinctive features of microbes from coastal and temperate regions. We further hypothesized that microbial communities will be functionally enriched in antibiotic resistance genes (ARGs) in general and in those related to salmon farming in particular. Here, the analysis of metagenomes and viromes obtained for three surface water sites showed that the structure of the microbial communities was distinct in comparison to global surveys such as the Tara Ocean, though their composition converges with that of cosmopolitan marine microbes belonging to Proteobacteria, Bacteroidetes, and Actinobacteria. Similarly, viral communities were also divergent in structure and composition but matched known viral members from North America and the southern oceans. Microbial communities were functionally enriched in ARGs dominated by beta-lactams and tetracyclines, bacitracin, and the group macrolide-lincosamide-streptogramin (MLS) but were not different from other communities from the South Atlantic, South Pacific, and Southern Oceans. Similarly, viral communities were characterized by exhibiting protein clusters similar to those described globally (Tara Oceans Virome); however, Comau Fjord viromes displayed up to 50% uniqueness in their protein content. Altogether, our results indicate that microbial and viral communities from the Comau Fjord are a reservoir of untapped diversity and that, given the increasing anthropogenic impacts in the region, they warrant further study, specifically regarding resilience and resistance against antimicrobials and hydrocarbons.
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    Viral communities of Porcelana hot springs: characterization and ecological function
    (2019) Guajardo Leiva, Sergio Eduardo; Diez Moreno, Beatriz; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
    Los virus han demostrado ser ubicuos en todos los ambientes por lo que las aguas termales no son la excepción a pesar de sus condiciones extremas. En aguas termales terrestres con pH circumneutral y temperaturas termofílicas, los tapetes fototróficos han demostrado ser útiles como modelos para comprender la composición, estructura y función de las comunidades microbianas en la naturaleza. Por lo tanto, proporcionan un marco teórico en el que estudiar el componente viral de estas comunidades y las interacciones virus-hospedero. La Patagonia Norte es una de las regiones más australes del “Arco Volcánico Andino” y alberga 13 de los volcanes más activos de Chile. En consecuencia, una gran cantidad de fuentes termales se encuentran dispersas por los fiordos y bosques de la Patagonia. Algunos ejemplos son Porcelana y Cahuelmó, ubicados en los fiordos Comau y Cahuelmó, respectivamente. Ambas están cubiertas por tapetes microbianos que crecen a lo largo de un gradiente térmico entre 70 - 46°C, dominadas por fotótrofos bacterianos oxigénicos y anoxigénicos. El primer grupo está representado por los géneros Fischerella, Calothrix, Leptolyngbya y Oscillatoria, mientras que el grupo anoxigénico está representado por los géneros Chloroflexus y Roseiflexus. Otros taxones importantes en estas comunidades microbianas son las bacterias heterótrofas de los phyla Proteobacteria, Bacteroidetes y Deinococcus termus. En la presente tesis, la recuperación de secuencias virales desde metagenomas y metatranscriptomas celulares de Porcelana, mostró que la comunidad viral está compuesta predominantemente por Caudovirales (70%), con la mayoría de las infecciones transcripcionalmente activas causadas por cianófagos (hasta el 90% de los transcritos de Caudovirales ). El ensamblaje metagenómico permitió recuperar y describir el primer cianófago termofílico tipo T7 (TC-CHP58). Además, hemos encontrado marcadas diferencias en el número de loci CRISPR metagenómicos y en la diversidad de espaciadores (distintas secuencias y distintas abundancias) en Fischerella, así como Variantes de Nucleótido Único (SNV), en los proto-espaciadores de TC-CHP58 a diferentes temperaturas, lo que refuerza la teoría de la coevolución entre las poblaciones de virus naturales y sus cianobacterias hospederas. Más tarde, estudiamos las comunidades virales líticas y lisogénicas en los tapetes fototróficos de Porcelana utilizando un enfoque multi-ómico junto a inducciones in-situ usando mitomicina C. Para esto, los genomas ensamblados de metagenomas (MAGs) de los tapetes microbianos de porcelana fueron interrogados sobre la presencia de virus integrados (Profagos). Así mismo, se analizaron los metagenomas de las comunidades virales naturales e inducidas por mitomicina C, para estudiar la abundancia diferencial de genomas virales y proteínas (funciones) entre ambas comunidades virales, así como parámetros ecológicos tales como las diversidades α y β. Nuestros resultados sugieren que las poblaciones virales lisogénicas y líticas estaban altamente asociadas con hospederos específicos. La mayoría de los taxones bacterianos transcripcionalmente activos y dominantes como Fischerella, fueron predados por las poblaciones virales líticas más abundantes. Mientras que, las bacterias heterotroficas de los filos Proteobacterias y Firmicutes se asociaron a virus lisogénicos inducidos espontáneamente o por mitomicina C, respectivamente, revelando un nexo entre las funciones microbianas (metabolismo) y el tipo de ciclo infecciososo. Finalmente, analizamos los tres metagenomas virales de Porcelana y Cahuelmó junto con los nueve metagenomas virales de aguas termales ya existentes publicados hasta la fecha, para estudiar cómo la estructura de la comunidad viral se ve afectada por los factores ambientales. El extenso análisis de las secuencias de proteínas, genes y genomas utilizando frecuencias kmer, grupos de proteínas virales (vPC) y unidades taxonómicas operacionales virales (vOTU) mostró un patrón biogeográfico determinado por los principales factores ecológicos (pH y temperatura). La red de proteínas compartidas de las comunidades virales termofílicas globales mostró una modularidad inesperada, lo que sugiere una restricción al flujo génico entre las fuentes termales y una alta riqueza local que se asoció a hospederos específicos al cruzar la información de espaciadores CRISPR y los módulos virales de la red. Estos análisis notaron la existencia de pares virus-hospedero específicos que permiten el mantenimiento de esta riqueza local. En esta tesis, propusimos que las comunidades virales de los tapetes microbianos fototróficos están dominados por el orden Caudovirales, siendo los cianófagos uno de los grupos principales. Del mismo modo, las comunidades virales tienen un impacto en sus hospederos mediante interacciones líticas que estimulan la coevolución de los pares de virus-hospedero más abundantes y activos en estos sistemas térmicos, así como las interacciones lisogénicas que influyen en la adaptabilidad de los hospederos heterótrofos, probablemente a través de conversión lisogénica. Por último, proponemos que los virus de sistemas termales terrestres siguen patrones biogeográficos donde las comunidades virales se transportan de forma pasiva por aire a escala local y global, pero luego se estructuran localmente influenciadas por las condiciones ambientales (pH y temperatura) que afectan principalmente la estructura de la comunidad de hospederos.