Cómo evoluciona un orgánulo
De los organismos unicelulares independientes a los orgánulos celulares
Los orgánulos de las células solían ser originalmente células independientes, que fueron incorporadas por las células huésped y perdieron su independencia en el curso de la evolución. Un equipo de biólogos dirigido por la Dra. Eva Nowack, catedrática de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU), estudia cómo y con qué rapidez se produce este proceso de asimilación. Ahora describen sus hallazgos sobre una etapa intermedia de este proceso en la revista científica Science Advances.
En el tripanosomátido Angomonas deanei, el endosimbionte se divide de forma sincrónica con la célula huésped. La proteína ETP9 codificada en el núcleo es esencial para la división del endosimbionte.
HHU/Anay Maurya and Eva Nowack
Las células eucariotas -es decir, las que tienen núcleo- contienen un gran número de subunidades funcionales, los llamados orgánulos. Desempeñan importantes funciones dentro de la célula. En el pasado, algunos orgánulos eran organismos unicelulares independientes. Posteriormente, fueron incorporados a una célula y han evolucionado a lo largo del tiempo en simbiosis con la célula huésped. Estos "endosimbiontes" perdieron en el proceso su capacidad de funcionar de forma autónoma. Un ejemplo bien conocido de este tipo de orgánulo es la mitocondria, la "central eléctrica de la célula", que evolucionó a partir de una bacteria.
El grupo de trabajo dirigido por el profesor Nowack en el Instituto de Biología Celular Microbiana investiga cómo las células y sus endosimbiontes se han adaptado y han evolucionado en simbiosis a lo largo de millones de años. Una publicación, que acaba de aparecer en la revista científica "Science Advances", se centra en el tripanosomátido Angomonas deanei (abreviado: A. deanei), un flagelado unicelular de la subfamilia Strigomonadinae. Estos organismos viven en los intestinos de los insectos.
Profesor Nowack: "Todos los miembros de la subfamilia Strigomonadinae tienen un endosimbionte. En algún momento, hace entre 40 y 120 millones de años, un antepasado común de los Strigomonadinae actuales absorbió una protobacteria, a partir de la cual evolucionó el endosimbionte". Suministra a sus células huésped metabolitos y los llamados cofactores, que tienen, por ejemplo, una función catalítica en las enzimas. "Es de destacar que cada célula huésped tiene sólo uno de estos endosimbiontes, que siempre se divide de forma sincrónica con la célula huésped", añade Nowack.
En 2022, el equipo de investigadores de Düsseldorf informó en "Current Biology" de que varias proteínas producidas por la célula huésped interactúan con el endosimbionte. Una de estas proteínas, denominada ETP9, forma un anillo alrededor del lugar de división del endosimbionte. Los investigadores que trabajan con la profesora Nowack y su estudiante de doctorado Anay Maurya han descubierto ahora que los endosimbiontes de Strigomonadinae -que solían ser bacterias independientes- han perdido prácticamente todos los genes necesarios para la división. El gen, que describe la proteína FtsZ y marca el lugar de división en las bacterias y la mayoría de los orgánulos, es uno de los pocos genes de división celular bacteriana que quedan.
Maurya, miembro de la Escuela de Postgrado Manchot "Moléculas de Infección IV" y autor principal del estudio: "Controlada desde el núcleo celular, la proteína ETP9 se acumula en el lugar de división del endosimbionte en un proceso que depende del ciclo celular. Cuando detenemos experimentalmente la producción de ETP9, el endosimbionte ya no puede dividirse. Surgen endosimbiontes largos, en forma de hilo, en los que la proteína bacteriana FtsZ marca ahora varios sitios de división, pero ya no pueden dividirse sin la ayuda de la proteína huésped ETP9".
Así pues, el endosimbionte de A. deanei representa un estadio intermedio entre una bacteria endosimbiótica -que sigue siendo genéticamente autónoma- y un orgánulo, que está casi totalmente controlado por la célula huésped. El endosimbionte ha perdido genes esenciales para su supervivencia autónoma. Los genes del núcleo de la célula huésped han sustituido sus funciones.
Nowack: "Estos hallazgos fundamentales nos ayudan a comprender cómo evoluciona un orgánulo a partir de una bacteria. Utilizando este mecanismo, también podría ser posible desarrollar en el futuro una simbiosis sintética en la que los endosimbiontes sintéticos estén controlados por el núcleo celular."
Los biólogos del Instituto de Biología Celular Microbiana realizaron el trabajo de investigación en colaboración con el Instituto de Microbiología Médica e Higiene Hospitalaria de la HHU (equipo de investigación dirigido por la profesora Dra. Stefanie Scheu) y el Centro de Imagen Avanzada.
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