Revelación de la evolución de las simbiosis entre organismos marinos microscópicos
Según Lynn Margulis, la simbiosis es la fuerza más poderosa de la evolución, ya que es el origen de todas las formas de vida compleja en la Tierra. Por consiguiente, comprender cómo se establecen y desarrollan las relaciones simbióticas es fundamental para entender la naturaleza y la propia vida. El proyecto UCYN2PLAST, financiado con fondos europeos, se centró en una colaboración simbiótica descubierta hace tan solo un decenio entre una cianobacteria unicelular, UCYN-A, y una microalga eucariota, «Prymnesiophyceae». Francisco M. Cornejo Castillo, beneficiario de una beca de investigación, comenta: «La interacción entre estas dos especies es tan estrecha que parecen unirse para formar una sola especie. Es un ejemplo contemporáneo excepcional de una simbiosis que evoluciona para convertirse en algo distinto: un plasto». Los plastos son orgánulos unidos a la membrana, que se encuentran en las células eucariotas, como las de plantas y animales, donde llevan a cabo funciones metabólicas fundamentales. En el proyecto, se logró comprender la simbiosis de UCYN-A de forma más detallada. Se caracterizó la diversidad de los organismos y su distribución oceánica, junto con los mecanismos que intervienen en la comunicación entre ambos socios y los productos químicos intercambiados.
Visualización de la simbiosis
Las becas individuales de las Acciones Marie Skłodowska-Curie permitieron que Cornejo pasara casi tres años en la Universidad de California en Santa Cruz en el laboratorio de Jonathan Zehr, descubridor de la simbiosis de UCYN-A. Allí, Cornejo se centró en distintos aspectos de esta simbiosis aplicando una serie de técnicas de laboratorio e informáticas a su ecología y fisiología. Algunas de estas técnicas eran genómica unicelular, microscopía de epifluorescencia, PCR cuantitativos y secuenciación de ADN de alto rendimiento. Al combinar estas metodologías, el equipo visualizó la simbiosis de UCYN-A en muestras naturales recogidas de distintas regiones oceánicas. Uno de los objetivos principales era obtener más información sobre los canales y las sustancias químicas que intervienen en la comunicación hospedador-simbionte. Con unas sondas diseñadas especialmente, el equipo visualizó la expresión sincronizada de proteínas entre ambos socios, lo cual indica que tenía lugar una «conversación». «Este fue un verdadero logro técnico. Nunca olvidaré la emoción que sentí la primera vez que pude escuchar efectivamente esta “conversación”», señala Cornejo.
Un hallazgo clave relacionado con el intercambio de nutrientes
Experimentos anteriores llevados a cabo por el Laboratorio Zehr habían mostrado que la microalga hospedadora de UCYN-A no tenía muchas ganas de absorber nutrientes, en particular nitrato y amonio, de la forma típica en que los absorben las algas. Durante UCYN2PLAST, el equipo descubrió que las proteínas que intervienen en la absorción de nutrientes del entorno se encuentran en una parte distinta de la célula en comparación con otras especies algales. Estas proteínas están orientadas hacia UCYN-A, que está dentro de la célula algal, en lugar de estarlo hacia el exterior de la célula, ubicación más habitual en otras especies algales. «Parece que el hospedador microalgal sabe que UCYN-A puede proporcionar estos nutrientes y, por lo tanto, no necesita que sus proteínas estén orientadas como en las demás algas, compitiendo con otros microorganismos», añade Cornejo.
Aprovechar el laboratorio de la naturaleza
UCYN-A carece de las características típicas de otros procesos cianobacterianos, como la fotosíntesis oxigénica o la fijación de CO2, por lo que los obtiene de la materia orgánica que le proporciona el hospedador algal. Por su parte, UCYN-A ofrece al alga una fuente de nitrógeno. Se ha sugerido que, dado que la productividad algal depende del nitrógeno, esta relación simbiótica podría acabar dando lugar a un plasto fijador de nitrógeno en un proceso similar al origen de los cloroplastos. «Nuevas investigaciones permitirán ahondar en antiguos procesos simbióticos, que de lo contrario serían imposibles de estudiar. Pero, además, como la simbiosis es una fuente inagotable de innovación biológica, tiene potencial para aplicaciones biotecnológicas. En el futuro, UCYN-A nos podría ayudar a diseñar plastos dentro de plantas como un abono ecológico», concluye Cornejo.
Palabras clave
UCYN2PLAST, simbiosis, células eucariotas, plasto, UCYN-A, proteína, algas, cianobacteria, genómica, ADN, simbiótico, océano
