Microbial biodiversity assessment of artificial microhabitatsexamples from Egyptian archaeological sites

  1. Mohamed Rizk, Samah
Dirigida por:
  1. Clara Urzi Director/a
  2. Rosa María Ros Espín Director/a
  3. Olaf Werner Director/a

Universidad de defensa: Universidad de Murcia

Fecha de defensa: 22 de febrero de 2021

Tribunal:
  1. María Asunción Morte Gómez Presidente/a
  2. Jairo Patiño Llorente Secretario
  3. Jesús Muñoz Fuente Vocal

Tipo: Tesis

Resumen

El objetivo general de esta tesis doctoral fue conocer la diversidad microbiana presente en microhábitats de yacimientos arqueológicos de elevado valor cultural, expuestos constantemente a condiciones ambientales duras y áridas. Se eligieron las pirámides de Djoser y Lahun para llevarlo a cabo, dos de las más antiguas y grandes de la necrópolis de Memphis del antiguo Egipto. El estudio se centró en las bacterias y hongos que habitan las piedras y rocas de estos yacimientos arqueológicos, denominados por sus siglas en inglés, SIB (stone-inhabiting bacteria) y RIF (rock-inhabiting fungi). Se realizaron estudios comparativos microbianos mediante análisis de metabarcoding basado en amplicones, métodos de aislamiento tradicionales de cultivo in vitro y técnicas de microscopía de epifluorescencia. El análisis de metagenómica de ambas pirámides permitió identificar 644 especies de bacterias y 204 de hongos. En los ensayos de aislamiento se identificaron 28 especies bacterianas y 34 de hongos. Un total de 19 especies de bacterias y 16 de hongos dependían exclusivamente del cultivo, mientras que 92 especies de bacterias y 122 de hongos eran independientes del cultivo. Las bacterias más abundantes fueron de los géneros Bacillus, Blastococcus y Planococcus. Los hongos más abundantes fueron Knufia karalitana y Pseudotaeniolina globosa. Se realizó la caracterización morfológica, fisiológica y molecular de la cepa del hongo meristemático negro P. globosa, aislada en la pirámide de Djoser y se comparó con una cepa italiana. Todos los datos confirmaron la coespecificidad de las dos cepas. Sin embargo, la egipcia fue capaz de crecer en rangos más amplios de temperatura y pH que la italiana, así como a niveles extremos de salinidad y mostró mucha más tolerancia al calor y a las radiaciones UV. Sobre la base de los resultados filogenéticos usando cinco marcadores (ITS, nrSSU/18S, nrLSU/28S, BT2 y RPB2), P. globosa se atribuyó a la familia Teratosphaeriaceae (Capnodiales). La cepa egipcia se puede considerar una biovariante bien adaptada a entornos extremos y duros. Asimismo, se diseñaron dos marcadores moleculares específicos para detectar rápidamente y a bajo coste la presencia de Actinobacteria que viven sobre piedras (SIAb) antes de realizar análisis adicionales. La búsqueda de marcadores se centró en la vía de la síntesis de aminoácidos similares a las micosporinas (MAAs). Mediante “minería genómica” se obtuvieron dos genes candidatos: un homólogo de un gen clave en los MAAs y las vías del siquimato conocido como DAHP II (aroF) y otro homólogo del gen Corismato mutasa (cm2). Ambos se encontraron principalmente en Actinobacteria. Después de la calibración los cebadores de nuevo diseño se aplicaron con éxito al ADN ambiental extraído de las pirámides de Djoser y Lahun utilizando PCR cuantitativa. Se concluyó que la diversidad microbiana en ambas pirámides fue mayor de lo esperado, considerando las duras condiciones de los sitios de muestreo. Se confirmó que el mejor enfoque metodológico para estudiar una comunidad microbiana compleja es a través de la combinación de microscopía e identificación molecular para microbios dependientes del cultivo y de métodos de metagenómica para aquellos independientes del cultivo. El potencial efecto biodeteriorante de algunos de los SIB y RIF hallados sobre tan importante patrimonio cultural requiere atención para diseñar planes y buscar soluciones de conservación para limitar su presencia. El desarrollo de nuevos métodos de identificación de SIAb permite un mayor conocimiento de la diversidad de organismos presentes en los monumentos al aire libre ya que puede llevar al descubrimiento de nuevas especies o biovariantes. El conocimiento de los mecanismos precisos de los microorganismos para habitar los monumentos y su papel en el biodeterioro está poco estudiado, lo que exige más investigación en el futuro, tanto a nivel genómico, como transcriptómico y metabólico utilizando enfoques basados en secuenciación de nueva generación y bioinformática.