LEVANTAMIENTO DE LA BIODIVERSIDAD A DISTINTOS NIVELES DE LA RESERVA MARINA EL PELADO (REMAPE)

Ejes de investigación

Código SENESCYT PIC-14-CENAIM-001

1. INTRODUCCIÓN

El estudio de la biodiversidad marina, constituye una oportunidad para el desarrollo científico y tecnológico. En el Ecuador se observa un vacío de conocimiento en la valorización y uso de la biodiversidad marina en temas estratégicos para el desarrollo de la I+D+i nacional, tales como salud, industria, alimentación y conservación. El objetivo general de este proyecto es caracterizar la biodiversidad de invertebrados y microbiológica de REMAPE a varias escalas, para su uso en salud humana y animal, como una contribución al cambio de la matriz productiva y a la construcción de la estrategia nacional de investigación en recursos marinos y acuáticos. El proyecto de investigación está compuesto de 4 objetivos.  1) En primer lugar se levantará un inventario de invertebrados marinos (en particular organismos sésiles) y bacterias cultivables asociadas. Estos organismos serán caracterizados taxonómicamente (utilizando métodos clásicos y moleculares). De manera paralela se recurrirá a la metabolómica y la metagenómica para identificar metabolitos, microorganismos y genes microbianos de interés. 2) Se creará un banco de metabolitos, un cepario de bacterias y una librería genómica. Además, se dará forma a una base de datos con la información obtenida y a un sistema de información geográfica instalado en internet (WebGIS) en el sitio de ESPOL/SENESCYT http://www.cenaim.espol.edu.ec/biodiversidad_REMAPE. 3) Los metabolitos y microrganismos aislados serán valorizados para su aplicación en salud humana y producción animal (acuicultura), estudiando su bioactividad. 4) Aplicar la metabolómica y la metagenómica al estudio de las interacciones ecológicas entre organismos. El modelo que estamos siguiendo para estudiar la biodiversidad de la REMAPE (Figura 1), cuenta con la participación de expertos internacionales y entre sus objetivos incluye la formación científica de jóvenes ecuatorianos. La ganancia en experiencia y tecnología como fruto del proyecto tendrá efectos multiplicadores y permitirá replicar, estos procesos de investigación, novedosos para el país, en el estudio de la biodiversidad de otras reservas marinas. 

Figura 1. Distintos niveles de biodiversidad. Fuente: Mónica Ticlla, 2015

Financiamiento

El proyecto tiene financiamiento de la SENESCYT (PIC-14-CENAIM-001) y es ejecutado por CENAIM-ESPOL.

Recursos humanos

Tabla 1. Participantes en el proyecto

Figura 2. Recursos humanos

1. EJES DE INVESTIGACIÓN

Las primeras prospecciones permitieron identificar los grupos de macroinvertebrados sésiles más representativos de la REMAPE ó de especial interés por su posible riqueza química o microbiológica. Las actividades se agruparon en tres ejes, enmarcados en el enfoque detallado en figura 3.

Figura 3. Enfoque del proyecto

Eje 1. Establecimiento de una línea base

Descripción del problema. Los estudios publicados sobre la biodiversidad marina del Ecuador continental son escasos (Alvarado et al., 2017; Cruz et al., 2003; Breedy y Guzmán, 2007; Cárdenas & Triviño, 2013). Por otra parte el estudio de la biodiversidad química y microbiológica y el posible valor agregado de estas no ha sido abordado. En ese contexto el enfoque al establecimiento de una línea base, tiene como eje central el biodescubrimiento, los organismos, sus metabolitos, su microbioma.

Pregunta. Cuál es la biodiversidad sistemática, química y microbiana de la REMAPE?

Actividades

• Muestreos cuantitativos de macroinvertebrados de la REMAPE
• Inventario de macroinvertebrados sésiles y móviles representativos de la REMAPE, identificación taxonómica (taxonomía clásica, sistemática molecular, barcoding y taxonomía integrativa, dependiendo del grupo): Cnidaria (Octocorallia > Alcyonacea; Hexacorallia > Zoantharia, Scleractinia), Porífera (Haplosclerida, Poecilosclerida, Chondrosiida, Dictyoceratida, Verongiida), Echinodermata (Echinoidea, Asteroidea, Holothuroidea) Mollusca (Bivalva, Gastropoda, Chordata (Ascidiacea) http://www.cenaim.espol.edu.ec/biodiversidad_REMAPE_esp.
• Taxonomía integrativa de ascidias y esponjas epibiontes (biofouling) e invasivas de moluscos en sistemas de cultivo.
• Perfiles metabolómicos de Cnidaria, (Octocorallia > Alcyonacea; Hexacorallia > Zoantharia, Scleractinia), Porífera (Haplosclerida, Poecilosclerida, Verongiida) Chordata (Ascidiacea) http://www.cenaim.espol.edu.ec/biodiversidad_REMAPE_qui.
• Purificación y determinación de estructura molecular de metabolitos aislados de organismos de interés pertenecientes a poríferos, cnidarios y tunicados.
• Aislamiento y caracterización de bacterias cultivables de poríferos y tunicados, mediante bioquímica, técnicas moleculares y bioactividad.
• Purificación de metabolitos de bacterias.
• Preparación de una base de datos, que seguirá el modelo Darwin Core
• Preparación de una WEBGIS, que se irá alimentando conforme la información sea publicada.

Figura 4. Biodescubrimiento: A y B) Recolección de invertebrados marinos in situ, Bajo Acuario REMAPE. C) Bacteria marina cultivables exhibiendo bioactividad contra vibrios patógenos, D) Metabolito perteneciente a una nueva familia de alcaloides aislado de Terrazoanthus onoi (Zoantharia, Cnidaria).

Eje 2. Interacciones ecológicas

Descripción del problema. En condiciones normales la REMAPE está bajo influencia del frente ecuatorial (caracterizado por un fuerte gradiente termohalino), el cual desaparece durante los meses cálidos de diciembre-abril. Por otra parte, el evento El Niño modifica la temperatura y salinidad del océano provocando desaparición de la termoclina y de los afloramientos (Cruz et al., 2003).

Pregunta: Cómo afectan a los organismos, su metaboloma y su microbioma, las modificaciones ambientales ocasionadas por los cambios estacionales o los eventos climáticos?

Actividades

• Estudio de las interacciones del octocoral Carijoa riisei
• Ensayos quimio-ecológicos en los arrecifes superficiales (in-situ) y en Acuarios (ex situ), entre C.riisei y M. plantaginea y sus metabolitos.
• Aplicar herramientas de metabolómica para evaluar la variabilidad en la producción de metabolitos, objetivo para aplicaciones ecológicas y biológicas.
• Muestreos cuantitativos de invertebrados marinos (cirrípedos, hexacorales (scleraticnias) durante el desarrollo del Evento El Niño.

Figura 5.  A) Vista panorámica del crecimiento de C.riisei sobre sustrato rocoso del Bajo Acuario en la Reserva Marina El Pelado B) Fotos in situ de la interacción de los octocorales Carijoa riisei creciendo sobre Muricea sp. Bajo Acuario, Reserva Marina El Pelado. C) Monitoreo ecológico de C.riisei.

Eje 3. Aplicación biotecnológica y otras aplicaciones

Descripción del problema. La explotación sostenible de los recursos biológicos es uno de los principales dilemas que enfrenta el desarrollo humano. La biodiversidad marina/costera ofrece un gran abanico de aplicaciones biotecnológicas para la producción de bioproductos de alto valor agregado, tales como biomoléculas con actividad antimicrobiana o antitumoral, y como reserva genética para el biodescubrimiento, entre otros. Ecuador cuenta con 2.859 Km de línea costera continental y un amplio mar territorial, posee por lo tanto, una vasta gama de posibilidades para la biotecnología marina. Sin embargo, poco o nada ha sido investigado en relación a su riqueza genética y química o el aprovechamiento biotecnológico de esta biodiversidad para la aplicación industrial en salud humana y animal.

Pregunta: Es posible encontrar aplicaciones biotecnológicas en salud humana y animal de metabolitos y microrganismos biodescubiertos en la REMAPE?

Actividades

• Determinar bioactividad de metabolitos aislados de invertebrados marinos (zoanthidos y poríferos)
• Metagenómica estructural aplicada al biodescubrimiento de bacterias para el control biológico de enfermedades bacterianas en organismos de cultivo.
• Metagenómica funcional: Búsqueda de genes NRPS (del inglés, Nonribosomal peptide synthetase).
• Cultivo/policultivo de esponjas y ascidias epibiontes de bivalvos
• Determinar bioactividad de metabolitos de pseudovibrios y otras bacterias de interés.

1. PRODUCTOS: TESIS, SUBPROYECTOS Y ARTÍCULOS EN PREPARACIÓN

Artículos programados

1. Guillen, P. O., Jaramillo, K. B., Genta-Jouve, G., Sinniger, F., Rodriguez, J., & Thomas, O. P. (2017). Terrazoanthines, 2-Aminoimidazole Alkaloids from the Tropical Eastern Pacific Zoantharian Terrazoanthus onoi. Organic Letters.
2. Ecdysteroides obtenidos Antipathozoanthus hickmani.
3. Artículo: Taxonomía integrativa de esponjas del género Aplysina spp.
4. Community structure of shallow water Alcyonacea (Anthozoa: Octocorallia) from the Eastern Pacific equatorial front (artículo en revision, revista PlosOne).
5. A manual on documenting benthic invertebrate communities from rocky environments in the Marine Reserve El Pelado, Santa Elena, Ecuador.
6. Taxonomía de corales ahermatípicos y su distribución en la Reserva Marina El Pelado, Ecuador.
7. Metaboloma de Aplysina revillagigedi.
8. Efecto de pseudovibrios sobre vibrios patógenos de cultivo.
9. Taxonomía Integrativa y filogeografía de zoanthidos en el Pacifico.
10. Metabolomics as a key approach to assess the diversity of Zoantharians off the coast of Ecuador.
11. A first assessment of the sponge biodiversity off the coast of mainland Ecuador.

Tesis

1. Tesis Ph. D. Chemodiversity of some marine representative invertebrates present in the Marine Protected Area El Pelado, Ecuador, and their valorization in ecology as well as animal and human health
2. Tesis Ph.D. “Integrative taxonomy of sponges, octocorals and zoantharians at “El Pelado” Marine Protect Area (Santa Elena) Ecuador and study of some ecological interactions between putative invasive species with local species based on a chemical ecology approach”
3. Tesis de maestría: Caracterización del potencial de codificación de péptidos bioactivos en microbiomas asociados a esponjas marinas de la familia Aplysinidae.
4. Tesis de maestría: Productos naturales para el control de la virulencia y transferencia horizontal de plásmidos en vibrios patógenos de camarón de cultivo.
5. Tesis de pregrado: Bioactividad contra bacterias patógenas de camarón de bacterias cultivables aisladas de esponjas y ascidias.
6. Tesis de pregrado: Determinación de condiciones adecuadas para el cultivo de esponjas y ascidias epibiontes de moluscos.

REFERENCIAS

Alvarado, J. J., Aburto-Oropeza, O., Abad, R., Barraza, E., Brandt, M., Cantera, J.,  & Maté, J. L. (2017). Coral Reef Conservation in the Eastern Tropical Pacific. In Coral Reefs of the Eastern Tropical Pacific (pp. 565-591). Springer Netherlands.

Breedy, O., & Guzman, H. M. (2007). A revision of the genus Leptogorgia Milne Edwards & Haime, 1857 (Coelenterata: Octocorallia: Gorgoniidae) in the eastern Pacific. Zootaxa, 1419(1), 1-90.

Cardenas, M., & Triviño, M., (2013) Caracetrización Bioecológica de siete sitios de buceo situados alrededor del ilsote El Pelado en Ayangüe. Informe técnico Pp98

Cárdenas, M.,Triviño,M.,Rivera,F.,J. Feijó  y M. Saavedra. 2013. Caracterización Biológica de 10 sitios de la Reserva Marina El Pelado. Documento técnico preparado para la  Subsecretaria de Gestión Marino Costera, Ministerio del Ambiente.

Cruz, M., Gaibor, N., Mora, E., Jiménez, R., & Mair, J. (2003). The known and unknown about marine biodiversity in Ecuador (continental and insular). Gayana (Concepción), 67(2), 232-260.