QR Code

¿Identificado el padre del primer eucarionte? o la paciencia es la madre de la ciencia

Hace unos meses comenté el trabajo de Akil y Robinson en la investigación de la teoría de Margulis sobre el origen simbiótico de los eucariontes (organismos constituidos por células con núcleo y orgánulos rodeados de membranas, a diferencia de los procariontes). Partiendo de que unos procariontes, las arqueas del grupo Asgard, presentan algunos genes y proteínas topológimente similares a los de los eucariontes y no compartidos con los otros procariontes, probaron si algunas de esas proteínas, concretamente la actina y la profilina, podían realizar funciones similares a sus homólogas eucarióticas. Aunque no lo pudieron probar con la actina del arquea, experimentaron con profilina arqueana y actina eucariótica, encontrando que la interacción era funcional. Su conclusión provisional fue que un organismo del tipo de las arqueas Asgard había sido el hospedador en el paso a la célula eucariota mediante la incorporación de bacterias aerobias. Estas debían de ser del grupo de las alfaprotobacterias, al que pertenecen las bacterias de los nódulos radicales de las leguminosas, donde hacen el nitrógeno disponible para la planta, o las rickettsias, un grupo de bacterias patógenas.

Sin embargo, hasta ahora no se habían podido cultivar ni aislar arqueas Asgard, ya que solo se conocían por estudios metagenómicos, los que se realizan sobre ADN recogido del medio. Por eso la conclusión de Akil y Robinson estaba un poco falta de firmeza. La situación ha cambiado muy recientemente, gracias a un equipo de microbiólogos japoneses que después de unos doce años ha conseguido aislar y cultivar uno de esos organismos.

Empezaron con sedimentos marinos de gran profundidad que introdujeron en un biorreactor con un sistema de flujo continuo de metano (estos organismos se encuentran en sedimentos anaerobios que emanan metano) durante unos 2000 días, con lo que consiguieron enriquecer el medio con varios microorganismos aún no cultivados, entre ellos arqueas Asgard de tres grupos diferentes. A continuación, inocularon muestras de esa comunidad en tubos de ensayo con sustrato sencillo y medio mínimo. En uno de los cultivos, realizado a 20ºC, que contenía una mezcla de aminoácidos y péptidos procedentes de la hidrólisis de la caseína (casaminoácidos) y cuatro antibióticos, apareció al cabo de un año una ligera turbidez atribuible a la presencia de células. El análisis de genes de ARNr de la subunidad pequeña de los ribosomas mediante comparación con una biblioteca de clones de este tipo de ARN reveló la presencia de la bacteria Halodesulfovibrio y una pequeña población de arqueas del grupo de Loki (un grupo del supergrupo Asgard). Realizaron entonces subcultivos repetidos hasta que alcanzaron el máximo de densidad de esta arquea, que demostró tener un crecimiento muy lento y muy baja producción, siendo su tiempo de duplicación 14-25 días Después de seis transferencias, la cepa del arquea alcanzó un 13 % de abundancia en un tricultivo con Halodesulfovibrio (85 %) y Methanogenium (2 %), otra arquea. Diversos análisis y la observación con el microscopio electrónico de barrido revelaron una estrecha asociación física entre el arquea de Loki y los otros microorganismos.

Mediante diversos métodos pudieron descubrir que esa arquea de Loki era capaz de metabolizar diez aminoácidos y diversos péptidos en sintrofía (cooperando) con Halodesulfovibrio y Methanogenium mediante transferencia de hidrógeno entre especies. Mediante sucesivas transferencias creando nuevos subcultivos, consiguieron eliminar la población de Halodesulfovibrio, lo cual permitió obtener un co-cultivo puro del arquea diana y Methanogenium, las dos arqueas, después de doce años.

La muestra aislada, etiquetada como cepa MK-D1, fue bautizada como “Candidatus Prometheoarchaeum syntrophicum”. Conseguido el aislamiento, pasaron a estudiar la citología, la fisiología y el metabolismo de la nueva especie. Las células son pequeños cocos (células esféricas) de 0,3-0,75 micras de diámetro que forman agregados rodeados por polímeros extracelulares, siendo fácilmente distinguibles por su forma de Methanogenium, también presente en los cultivos y cuya forma es de cocoide irregular. Las células en división estaban rodeadas por menos polímeros extracelulares. La microscopia crioelectrónica y la microscopia electrónica de transmisión revelaron ausencia de inclusiones del tipo de orgánulos. Las células presentan vesículas de 0,05-0,28 micras y cadenas de “burbujas” y protrusiones conectadas al citosol y rodeadas de membrana, de diferentes longitudes y con diámetros de 0,08-0.1 micras que se ramifican y que tienen una apariencia homogénea, a diferencia de lo que pasa con otras arqueas. Las protrusiones no forman redes complicadas ni conexiones intercelulares. La pared celular puede estar formada por membrana rodeada de una capa S (capa superficial de muchas bacterias y de la mayoría de arqueas), dada la posesión de cuatro genes que codifican proteínas que pueden formar esa capa, estructuras semejantes a tallos en la superficie de las vesículas y una distancia uniforme entre los estratos interno y externo de la pared celular.

El artículo en que se da cuenta de este descubrimiento es muy extenso y da muchos detalles referentes al metabolismo del microorganismo descubierto y no es cosa de resumirlo, siendo de libre acceso en el número de Nature del pasado 15 de enero. Lo esencial, para lo que aquí interesa, es que se ha realizado el análisis de su genoma, evitando los inconvenientes de incompletitud y contaminación de los análisis metagenómicos. En el análisis de ese genoma y en el de su ARNoma se ha descubierto que puede sintetizar muchas proteínas típicas de los eucariotas y ausentes en los procariotas. El análisis de las proteínas ribosómicas (no he visto que los autores lo digan, pero parece razonable pensar que sus ribosomas son como los de los eucariotas, con una velocidad de sedimentación de 80S y no de 70S como los de los procariotas) les ha permitido construir un arbol filogenético en el cual arqueas de este tipo o sus ancestros estarían en la base del linaje de los eucariotas. Según los investigadores japoneses, estos ancestros, como MK-D1, degradarían péptidos y aminoácidos dando como subproductos hidrógeno y ácidos grasos, adquirirían el ATP (pequeña molécula con enlaces fosfato que almacenan o ceden energía al formarse o al romperse) por la fosforilación del sustrato en dependencia de otros microorganismos, a los cuales cederían electrones. Es decir, dependerían de una relación de sintrofía. La hipótesis, reconocidamente especulativa, de los autores sería que organismos de ese tipo, anaerobios estrictos, cuando el oxígeno empezó a ser un problema, empezaron a asociarse con organismos anaerobios facultativos, como ciertas bacterias, en un proceso de sintrofía. La asociación se haría cada vez más estrecha hasta que se convertiría en simbiosis y finalmente en endosimbiosis. Esto es diferente a lo que se solía decir (por Margulis, por ejemplo) de que se habría producido un fallo “digestivo” por el cual algunas bacterias habrían sido “engullidas” sin ser digeridas. La hipótesis de los investigadores japoneses tiene la ventaja sobre la de Margulis de que no hace depender la aparición de los eucariotas de una especie de accidente, sino de un proceso gradual de formación de la simbiosis.

Febrero de 2020

Licencia Creative Commons
   
Uso de cookies: Utilizamos cookies propias y de terceros para mejorar nuestros servicios. Si continúa navegando, consideramos que su uso. Puede obtener más información en nuestra Política de cookies