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23/11/08

Gusiluz, el molusco fotosintético y la transferencia horizontal de genes

Uno de los temas más utilizados en los argumentos de novelas, cómics, videojuegos o películas de aventuras es el del equipo de especialistas. Desde El Señor de los Anillos, las crónicas de la Dragonlance, la serie de Comandos, hasta los cómics de El Jabato o El Capitán Trueno (¿o era el mismo?), se han constituido equipos, grupos, hermandades, o como se les haya querido denominar, de personajes que, juntos, generan un "ente" muy superior a la suma de sus habilidades. Enanos, elfos, humanos y hobbits; arqueros, guerreros, magos y sanadores; francotirador, espía, cepador...

Siguiendo este "hilo argumental" en esta entrada viajaremos desde la máxima de "la unión hace la fuerza" hasta un molusco fotosintético, nuestro particular gusiluz.

En biología la máxima "1+1 suman más que dos" se ha seguido en muchas ocasiones. Los líquenes son asociaciones de algas con hongos que producen algo nuevo. Las sociedades de insectos, con sus especializaciones constituyen verdaderos supra-organismos. Los mismos organismos pluricelulares somos sociedades de millones de células especializadas.

Las propias células eucariotas son asociaciones duraderas de diferentes bacterias (es la famosa teoría endosimbiótica). ¿Cómo se produjo esta asociación? ¿Cómo bacterias tan diferentes (la proto-célula nucleada y los precursores de las mitocondrias y cloroplastos) acabaron juntas? Una de las teorías que se barajan es la de la "mala digestión" en la que nos encontraríamos una bacteria grande que se "tragaría" otras bacterias sin digerirlas del todo. Esta asociación se adaptaría mejor al medio que le habría tocado vivir y fue seleccionada positivamente dando lugar a las células eucariotas actuales

En el último número del PNAS (Proceedings of the National Academy of Science) se publica un artículo (Firmado en primer lugar por Mary Rumpho, y editado por Lynn Margulis) centrado en el estudio del molusco fotosintético Elysia chlorotica, una babosa marina de color esmeralda.


Células vegetales con sus cloroplastos visibles. Image: Rasbak. Wikimedia commons


Los animales, hongos, algas eucariotas y vegetales son todos organismos eucariotas porque están formados por las células eucariotas. Todas las células de estos supergrupos tienen núcleo y mitocondrias; las células de las algas eucariotas y los vegetales son las únicas que tienen cloroplastos. Los cloroplastos son los orgánulos que realizan la fotosíntesis transformando el dióxido de carbono y el agua en glucosa (el combustible de los seres vivos) gracias a la energía que le aporta la luz solar. Los cloroplastos, llenos, entre otras, de clrofila, son los que le dan el color verde a las plantas... y a la babosa marina Elysia chlorotica (que no es lo mismo que decir la babosa del Elíseo, que nadie piense mal. Quelqu'un m'a dit).

Un momento, un momento, no nos desviemos... ¿no decíamos que eran exclusivos de algas aucariotas y vegetales? Y así es. Esta especie de babosa ha coevolucionado con una especie de alga pudiendo "adoptar" sus cloroplastos para su uso y disfrute.

Cuando una nueva babosa nace, lo hace sin cloroplastos... a lo largo de su vida los va adquiriendo. ¿De dónde? Entre los platos preferidos del gusiluz se encuentra la alga eucariota Vaucheria litorea. Cuando un gusiluz come estas algas no digiere todos sus cloroplastos. Algunos se incorporan a las células de su sistema digestivo. Y allí siguen su tarea fotosintética, produciendo glucosa para el gusiluz.

Pero, ¿es esto así de sencillo? En un principio lo parece. Esa alga tiene algo (perdón) que le produce glucosa. Me la como, se lo quito y me lo quedo. ¿Por qué no hacemos nosotros lo mismo? Evidentemente, la cosa no es tan banal.

Durante los cientos de millones de años que llevan coevolucionando los orgánulos de las células eucariotas se han establecido relaciones que aseguran su funcionamiento como un todo, pero que hacen que los componentes de estas células, pese a que antes eran bacterias de vida libre, ahora no puedan sobrevivir por separado. Una mitocondria ya no puede sobrevivir sin la célula eucariota ya que algunos de los genes que codifican para proteínas de la mitocondria se encuentran ahora en el núcleo. Sin el núcleo, las mitocondrias no están completas. Y lo mismo pasa con los cloroplastos. Los cloroplastos de las algas, incluídos los de la Vaucheria litorea, son incapaces de sobrevivir y funcionar correctamente sin las proteínas codificadas en genes que se encuentran en el núcleo de las algas (como la proteína psbO) .

Y aquí viene la novedad del trabajo que hoy comentamos. Los cloroplastos de la Vaucheria sobreviven y funcionan dentro de las células de la babosa Elysia pese a que no tienen "cerca" el núcleo de su alga. Si necesitan las proteínas codificadas por el ADN de la alga... ¿cómo funcionan en la babosa? Porque el núcleo de la babosa también codifica para estas proteínas (al menos, para la psbO). Es decir, en el DNA de todas las babosas de la especie E. chlorotica encontramos genes originarios de algas (como se demuestra al comparar la secuencia de los genes de las dos especies).

Es evidente que las babosas y las algas han seguido caminos evolutivos muy y muy distintos desde que se separaron de su ancestro común y que los genes que las algas adquirieron durante sus miles de millones de años de convivencia con los cloroplastos son totalmente ajenos a los animales, grupo al que pertenecen las babosas. ¿Cómo han podido adquirir este gen las babosas? Mediante lo que se conoce como Transferencia Horizontal de Genes.

La transferencia vertical es la que se da de padres a hijos y sigue la línea de la historia evolutiva de cada una de las especies. La horizontal se da entre diferentes especies. Esta transferencia se produce sobre todo entre organismos procariotas (las resistencias de determinadas bacterias a antibióticos siguen a veces esta vía); es rara entre procariotas y eucariotas (como el que se da entre el procariota edosimbionte Wolbachia y las células de sus huéspedes insectos y nemátodos); y es prácticamente inexistente entre organismos eucariotas (hasta el momento se han descrito como anecdóticas transferencias entre plantas parásitas y las plantas parasitadas, transferencia de transposones, o transferencias entre las plantas y nemátodos parasitarios). La probabilidad de que se de esta transferencia entre células nucleadas es tan baja que seguramente es necesaria una relación de millones de años entre las especies para que esta transferencia se estabilice, como en el caso de nuestro gusiluz y su plato favorito.

Quedan, como siempre, muchos interrogantes que resolver. Entre ellos, ¿cómo se produjo la integración del gen en el genoma? ¿Recombinación? ¿Virus? ¿Retrovirus? ¿Cuánto hace de esta integración? ¿Qué otros genes se han integrado? ¿Podría ser esta una relación que fuese a más, es decir, que en algún punto las babosas ya naciesen con los cloroplastos? ¿sería entonces una nueva especie? ¿una nueva familia? ¿orden?

Si pensamos ahora en la cantidad de especies que existen sobre la Tierra, en las relaciones que se establecen entre ellas y en la mejora de los mecanismos para secuenciar genomas (nucleares, mitocondriales o de cloroplastos)... ¡cuántas relaciones nuevas nos quedan por descubrir!

Imagen inicial: Atlas Zoologique du Voyage de la corvette La Bonite Bibliothèque patrimoniale de Gray, Wikimedia commons.

2 comentarios:

José Antonio Garrido dijo...

Muy bien, Salva. Me gusta mucho esta entrada.

El mundo de las relaciones entre organismos diferentes ofrece un campo de trabajo que se antoja infinito. Y dentro de éste, la transferencia horizontal de genes constituye uno de los mecanismos más enigmáticos y apasionantes para la ciencia.

Un saludo.

Salva dijo...

Y que lo digas. Contra más sabemos acerca del "paradigma central de la biología", más mecanismos paralelos aparecen... y es que la vida es una increíble sinfonía de adaptaciones y recursos jamás imaginados: Retrotranscripción, priones, transposones, ribozimas, RNA de interferencia... ¡y cuántas cosas más por descubrir!