La interacción constante entre bacterias, arqueas y virus originó las células eucariotas
Madrid, 10 jun (EFE).- La vida celular se divide en procariotas, organismos simples sin núcleo, como bacterias y arqueas, y eucariotas, organismos complejos con núcleo y material genético, capaces de formar animales plantas, hongos y protistas. La aparición de eucariotas fue el mayor salto evolutivo después del origen de la vida pero ¿cómo sucedió?
Esta sigue siendo una de las grandes preguntas de la biología. Ahora, un estudio del Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) y del Barcelona Supercomputing Center (BSC-CNS), publicado este miércoles en Nature, sugiere que hace 2.000 millones de años las eucariotas surgieron de la interacción entre bacterias y arqueas con la mediación de virus gigantes que facilitaron el intercambio genético.
Con la ayuda del supercomputador MareNostrum 5, el equipo de Toni Gabaldón, investigador ICREA jefe del grupo de Genómica Comparada del IRB, analizó genomas antiguos para demostrar que la complejidad celular no surgió de un solo evento, sino que es el resultado de una evolución gradual en la que intervinieron múltiples actores.
Hasta ahora, la teoría más aceptada ha sido la de la bióloga Lynn Margulis, quien hace dos décadas planteó que los eucariotas surgieron de una alianza simbiótica entre una arquea y una bacteria que con el tiempo acabó convirtiéndose en la mitocondria (la central eléctrica de la célula) y marcando un punto de inflexión evolutivo que abrió la puerta a la complejidad celular.
El estudio del IRB completa esta teoría y propone que la transición de procariotas a eucariotas fue un proceso 'coral' mucho más complejo que duró millones de años y en los que el ancestro común de los eucariotas se fue moldeando con interacciones sucesivas de una amplia gama de grupos bacterianos.
"No descartamos la importancia de la mitocondria, al revés, pensamos que fue el último paso y probablemente el definitivo" que permitió que las células eucariotas pudieran diversificarse pero "creemos que antes hubo otros contribuyentes que fueron muy importantes", matizó Gabaldón en una sesión informativa organizada por el Science Media Center España.
El ancestro eucariota
Aunque el origen de los eucariotas no puede reconstruirse con fósiles, sus huellas siguen presentes en los genomas actuales.
Para rastrearlas, los investigadores reconstruyeron el repertorio de familias de genes y proteínas del último ancestro común de los eucariotas, conocido como LECA (Last Eukaryotic Common Ancestor), y analizaron su origen evolutivo comparándolo con bases de datos de decenas de miles de genomas, bacterias, arqueas y virus.
Después de más de cinco años de trabajo, identificaron dos señales "fuertes y constantes" de dos grupos bacterianos (Myxococcota y Planctomycetota), lo que sugiere que estos organismos tuvieron que interactuar "durante un tiempo bastante importante para poder donar todos esos genes al ancestro de los eucariotas", comentó Gabaldón.
La investigación también descubrió secuencias de virus gigantes en los ancestros estas proteínas.
Como se sabe que estos virus infectan a organismos unicelulares y son capaces de integrarse en el genoma de su hospedador, encontrarlos "fue una sorpresa agradable, ya que nos proporcionó un mecanismo a través del cual las bacterias que interaccionaban en el origen de LECA pudieron donar genes al hospedador que poco a poco se hizo más complejo", explicó el científico.
Con el tiempo, todos estos intercambios genéticos, que tuvieron lugar en múltiples 'olas' de transferencia de genes, permitieron incorporar nuevas capacidades biológicas al ancestro de los eucariotas y moldearon su genoma.
"Cada uno de estos donadores contribuyó a diferentes partes del eucariota ancestral, como las Myxococcota, que donaron enzimas muy importantes para el metabolismo de lípidos, mientras que los Planctomycetota pudieron contribuir genes importantes para el citoesqueleto y la movilidad celular. Más tarde, la mitocondria aportaría muchos genes relacionados con la producción de energía mitocondrial", detalló Gabaldón.
Los autores creen que estos hallazgos sugieren que los precursores de los eucariotas vivían en ecosistemas de microbios (como los tapetes microbianos), donde los intercambios de genes repetidos y mediados por virus proporcionaron progresivamente las capacidades biológicas necesarias para crear la complejidad celular que hoy caracteriza a animales, plantas, hongos y protistas.
"Pensamos que un ambiente así, rico en interacciones microbianas, pudo ser el sustrato donde se originó la primera célula eucariota".
Ese ancestro, gracias a las interacciones con donación de genes, se fue haciendo un organismo mas autónomo y complejo hasta que la adquisición de la mitocondria "le permitió salir de estos ambientes y conquistar otros nichos, lo que dio lugar a la diversificación de los eucariotas", resumió el investigador.
Vida artificial futura
El estudio aborda una de las grandes preguntas de la biología: cómo surgió la complejidad de las células que forman nuestro cuerpo porque el objetivo de la biología -según el científico- es tratar de entender cómo funciona la vida para saber "qué somos y de dónde venimos".
A partir de ahí, "si logramos entender cómo los organismos se pueden integrar unos en otros a través de simbiosis, se podría abrir la puerta a crear consorcios de organismos" y, con ello, iniciar en el futuro nuevas investigaciones biotecnológicas para desarrollar vida artificial. EFE
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