En un estudio publicado en la revista Nature a principios de 2017, un grupo internacional de investigación de la Universidad de Uppsala (Suecia) describe un nuevo conjunto de microbios cuyas características ayudan a entender cómo surgió la complejidad celular. Este hallazgo aporta nuevos datos sobre cómo, hace miles de millones de años, los tipos celulares complejos que forman plantas, hongos, animales y seres humanos entre otros, evolucionaron gradualmente a partir de microbios más simples.
La vida en nuestro planeta se puede dividir en tres tipos de organismos: eucariotas, bacterias y arqueas. Toda la vida visible (seres humanos, animales, plantas y hongos) pertenece al grupo de los eucariotas, mientras que las bacterias y arqueas son grupos representados únicamente por microbios (invisibles a simple vista). Las células de las bacterias y las arqueas son generalmente pequeñas y simples, en contraste con las células grandes y complejas de los eucariotas. Durante mucho tiempo el origen de esta complejidad celular ha sido un misterio para la comunidad científica. Ahora, un equipo internacional de investigadores liderado por la Universidad de Uppsala (Suecia) ha identificado un grupo de microorganismos que ofrece una visión única sobre la transición de células simples a complejas.
Gracias al trabajo pionero del aclamado biólogo Carl Woese, se supo que los eucariotas compartieron, en algún momento, un antepasado común con las arqueas. También quedó claro que la simbiosis -un proceso por el cual dos (micro)organismos colaboran estrechamente para el beneficio de ambos – desempeñó un papel fundamental en este proceso. La mayoría de los científicos sostiene que los eucariotas fueron el resultado de la simbiosis que se produjo cuando una arquea engulló a una bacteria. Sin embargo, si esta simbiosis fue la causa o más bien la consecuencia de la evolución de la complejidad celular seguía siendo una cuestión sin resolver.
En la edición de esta semana de Nature, investigadores de la Universidad de Uppsala (Suecia), junto con colaboradores de Estados Unidos, Japón, Dinamarca y Nueva Zelanda, informan del descubrimiento de un nuevo grupo de arqueas, bautizado como “Asgard”, que revela detalles importantes sobre cómo evolucionó la complejidad característica de las células eucariotas.
«La evolución de la complejidad celular es un proceso largo y complicado que sigue siendo un misterio para la comunidad científica. En nuestro grupo de investigación usamos nuevos métodos que nos permiten obtener genomas de microbios que no pueden cultivarse en el laboratorio. De esta forma, hemos identificado un nuevo grupo de arqueas que está emparentado con la célula hospedadora a partir de la cual surgieron las células eucariotas. Es una época muy emocionante en el campo de la biología «, dice Thijs Ettema, quien dirige el equipo científico que llevó a cabo el estudio en el Departamento de Biología Celular y Molecular de la Universidad de Uppsala.
En 2015, Thijs Ettema y sus colaboradores publicaron un estudio revelador que describía el genoma de “Loki”, una arquea encontrada en el fondo del océano que representaba el microorganismo vivo más cercano a la vida celular compleja, los eucariotas. En este nuevo trabajo, que corrobora los hallazgos anteriores, se describen nuevas arqueas relacionadas con Loki. «Estos organismos son nuestros parientes microbianos más cercanos y no sabemos casi nada sobre ellos. Los métodos actuales nos permiten echar un primer vistazo al ADN de estos microorganismos. Es realmente emocionante «, dice Thijs Ettema.
«Nuestros resultados se basan en el análisis del material genético obtenido directamente del medio ambiente. En realidad, nunca hemos visto estas células «, dice Jimmy Saw, investigador del Departamento de Biología Celular y Molecular de la Universidad de Uppsala y co-autor principal del artículo.
«Hemos llamado a estas nuevas arqueas Thor, Odin y Heimdall por los dioses nórdicos, y, junto a Loki, forman las arqueas Asgard. Curiosamente, estas nuevas arqueas se pueden encontrar en diversos lugares del mundo y no solo en el fondo del mar como Loki. Hasta el momento parecen ser más abundantes en sedimentos», dice Eva Fernández Cáceres, una de las principales científicas involucradas en el estudio de la Universidad de Uppsala.
El estudio demuestra de que los eucariotas evolucionaron a partir de un linaje relacionado con estas arqueas Asgard.
«Las arqueas Asgard forman un grupo junto a los eucariotas en el árbol de la vida. Esto indica que comparten un ancestro común», dice Kasia Zaremba-Niedzwiedzka, otra co-autora principal de la Universidad de Uppsala involucrada en el estudio. «Esta parte del estudio fue bastante complicada, y claramente nos beneficiaría tener más datos. ¡Este no es el final de la historia, todo lo contrario!»
Pero la mayor sorpresa se la llevaron cuando analizaron los genomas de estas arqueas en detalle.
«Nos dimos cuenta de que las arqueas Asgard y los eucariotas comparten muchos genes, incluyendo varios genes que están involucrados en la formación de estructuras que dan a las células eucariotas su carácter complejo. Hasta la fecha, tales genes sólo se habían encontrado en células eucariotas, lo que indica que estas arqueas tenían muchos de los ingredientes necesarios para formar una célula compleja. Sin embargo, saber exactamente cómo podría haber sucedido no es tarea fácil», dice Anja Spang, también de la Universidad de Uppsala.
Estudiar con más detalle estas arqueas Asgard es un objetivo prioritario para Thijs Ettema y su grupo de investigación. Este proyecto muestra que dichas arqueas se pueden encontrar en muchos más ambientes, y no sólo en el fondo del océano, como se pensaba antes. Esto hace que este objetivo sea mucho más asequible.
«Sería genial si pudiéramos aislar o cultivar estas arqueas y estudiarlas bajo el microscopio. Estoy convencido de que esto revelará más pistas sobre cómo evolucionó la complejidad celular. Tarde o temprano se descubrirá nuestra ascendencia microbiana», concluye Thijs Ettema.
http://dx.doi.org/10.1038/nature21031
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