Curiosidades del Profesor Francho de Fortanete

Profesor Francho de Fortanete

Profundizando en el origen simbiótico de los eucariontes


Hay dos formas básicas de seres vivos. Arqueas, bacterias y cianobacterias, constituidas por células sin núcleo, integran los procariotas o procariontes. El resto, formados por células nucleadas y con orgánulos, son los eucariotas o eucariontes.

La microbióloga Lynn Margulis observó que las mitocondrias, orgánulos que son las centrales energéticas de las células eucariotas, comparten rasgos importantes con las bacterias: tienen unos ribosomas (estructuras que intervienen en la formación de las proteínas) similares a los de los procariotas y distintos a los de la célula de que forman parte; tienen un ADN similar al de los procariotas, desnudo y circular, a diferencia del ADN del núcleo; y se reproducen independientemente del núcleo celular. Estas observaciones le hicieron proponer la hipótesis del origen simbiótico de la célula eucariota por asociación de diversos procariotas. Con el paso del tiempo, esta hipótesis se convirtió en una teoría que concita el acuerdo casi unánime de los biólogos.

En sus últimos años, Margulis propuso que otros orgánulos se han originado por un proceso simbiótico similar. Así, cilios, flagelos y centríolos (orgánulos que intervienen en el proceso de división celular), que tienen una estructura básica similar entre ellos y que también se reproducen autónomamente, eran vestigios de simbiontes. El hecho de que en estos orgánulos no haya rastro de ADN hace que esta hipótesis haya sido mucho menos aceptada.

Establecida la teoría del origen simbiótico, diversos investigadores han intentado profundizar en ella y han conjeturado que las mitocondrias provengan de bacterias y el resto de la célula de una arquebacteria o arquea. Entre esos investigadores están Caner Akil y Robert C. Robinson, que han proporcionado evidencia de que un grupo de arqueas conocido como Asgard, cuyos genomas codifican una serie de proteínas implicadas en funciones o procesos que se creían típicamente específicos de los eucariontes, proteínas estructural y funcionalmente similares a las correspondientes eucarióticas, podrían ser ancestros de los eucariontes.

Las células eucariotas tienen unos compartimentos limitados por membranas (sistema endomembrana) y una red dinámica constituida por proteínas como la actina, el citoesqueleto, que no sólo interviene en el mantenimiento de la forma celular, sino también en una serie de procesos típicos de las células eucariotas. Se consideraba que estos procesos y estructuras provenían del último ancestro procariota de los eucariontes, que debió de existir hace unos 1.800 millones de años, pero no se había encontrado ninguna forma viva que presentara esos rasgos como un intermedio entre procariontes y eucariontes.

Cuando se encontró este tipo de proteínas en las arqueas Asgard, se planteó la cuestión de si estos microorganismos presentan alguna versión de las propiedades de los eucariontes. La cuestión no es fácil de resolver, porque no se han estudiado al microscopio y aún no se han cultivado in vitro y los datos que se tienen provienen de análisis metagenómicos, es decir, del estudio de genes de muestras ambientales.

Akil y Robinson decidieron indagar en la similitud o no de las proteínas de las arqueas y las proteínas actina y profilina de los eucariontes. Estas últimas intervienen en procesos tan variados como la formación y mantenimiento del citoesqueleto, la formación de vesículas o la fagocitosis. Los investigadores empezaron produciendo profilina Asgard en bacterias expresando en ellas los genes introducidos en un plásmido. Después de purificarlas, las analizaron mediante cristalografía de rayos X. Aunque la identidad de la secuencia aminoacídica era limitada, topológicamente eran muy similares a las profilinas humanas, lo que habla de alguna manera a favor de una relación evolutiva entre ellas.

A continuación, intentaron dilucidar si esas profilinas interaccionan con las actinas Asgard, pero no pudieron conseguir esa proteína en forma funcional. Como alternativa, realizaron experimentos in vitro y de cocristalización con profilina Asgard y actina de eucariotas, observando que la profilina se unía a la actina y regulaba su polimerización del mismo modo que lo hace la profilina eucariótica, aunque con menos eficiencia. Lo cual hace pensar que tal vez las arqueas Asgard posean citoesqueletos y una cierta complejidad celular.

Esto plantea la cuestión de la procedencia de la energía necesaria para la dinámica que conllevan estas características. En los eucariontes, la energía procede de las mitocondrias, pero las células procariotas no tienen mitocondrias. Pero algunas arqueas y algunas bacterias han adquirido independientemente membranas internas. De alguna manera, esos organismos obtienen suficiente energía para construir esos sistemas primitivos, pero no la suficiente para que alcancen la complejidad que encontramos en los eucariotas. Quizás la capacidad de presentar formación de membranas y deformación de la forma celular mediadas por actina haya facilitado la interacción simbiótica entre una arquea huésped tipo Asgard y bacterias precursoras de las mitocondrias, por ejemplo, optimizando la superficie de membrana para el intercambio energético, permitiendo la complejización de las células resultantes.

Partiendo de esto, diversos investigadores se plantean profundizar más en el estudio de esas arqueas para obtener más conocimiento sobre el origen de la célula eucariota.

Diciembre de 2018