Origen de la vida: cómo los microbios sentaron las bases de las células complejas
¿Quiénes fueron nuestros primeros antepasados? La respuesta podría estar en un grupo especial de organismos unicelulares con un citoesqueleto similar al de los organismos complejos, como animales y plantas
Hace diez años, nadie sabía siquiera que existían las arqueas Asgard. Sin embargo, en 2015, unos investigadores que examinaban sedimentos de aguas profundas descubrieron fragmentos de genes que indicaban la existencia de una nueva forma de microbios no descubierta hasta entonces.
Redibujar el árbol de la vida: los eucariotas descienden de las arqueas de Asgard.
Florian Wollweber / ETH Zürich
Con ayuda de un ordenador, los investigadores ensamblaron estos fragmentos como piezas de un puzle para compilar el genoma completo. Fue entonces cuando se dieron cuenta de que se trataba de un grupo de arqueas desconocido hasta entonces.
Al igual que las bacterias, las arqueas son organismos unicelulares. Sin embargo, desde el punto de vista genético existen diferencias significativas entre ambos dominios, especialmente en lo que respecta a sus envolturas celulares y procesos metabólicos.
Tras una búsqueda más exhaustiva, los microbiólogos identificaron los organismos correspondientes, los describieron y los clasificaron como un subgrupo arqueo separado: Archaea Asgard. Su nombre, tomado del reino celestial de la mitología nórdica, hace referencia a su descubrimiento inicial cerca del Castillo de Loki, una fumarola negra situada en la cordillera del Atlántico medio, entre Noruega y Svalbard.
De hecho, las arqueas de Asgard parecían casi enviadas por el cielo para la investigación: resultaron ser un eslabón perdido entre las arqueas y los eucariotas, es decir, entre las arqueas y los organismos cuyas células contienen un núcleo, como las plantas y los animales.
Árbol de la vida con una rama menos
En los últimos años, los investigadores han encontrado cada vez más indicios de la existencia de vínculos estrechos entre las arqueas y los eucariotas, y de que estos últimos podrían haber evolucionado a partir de las primeras. La división de todos los organismos vivos en los tres dominios de bacterias, arqueas y eucariotas no se sostuvo ante este sorprendente descubrimiento.
Desde entonces, algunos investigadores han propuesto considerar a los eucariotas como un grupo dentro de las arqueas Asgard. Esto reduciría el número de dominios de la vida de tres a dos: las arqueas, incluidos los eucariotas, y las bacterias.
En la ETH de Zúrich, el profesor Martin Pilhofer y su equipo están fascinados por las arqueas Asgard y llevan varios años examinando estos misteriosos microbios.
En un artículo publicado en la página externa Nature hace dos años, los investigadores de la ETH exploraron los detalles de la estructura y arquitectura celular de Lokiarchaeum ossiferum. Originaria de los sedimentos de un canal de agua salobre de Eslovenia, esta arquea Asgard fue aislada por investigadores del laboratorio de Christa Schleper en la Universidad de Viena.
En ese estudio, Pilhofer y sus investigadores postdoctorales Jingwei Xu y Florian Wollweber demostraron que Lokiarchaeum ossiferum posee ciertas estructuras también típicas de los eucariotas. "Encontramos una proteína de actina en esa especie que parece muy similar a la proteína encontrada en eucariotas - y que se da en casi todas las arqueas Asgard descubiertas hasta la fecha", dice Pilhofer.
En el primer estudio, los investigadores combinaron distintas técnicas de microscopía para demostrar que esta proteína -denominada Lokiactina- forma estructuras filamentosas, especialmente en las numerosas protuberancias en forma de tentáculos de los microbios. "Parecen formar el esqueleto de la compleja arquitectura celular de las arqueas Asgard", añade Florian Wollweber.
Además de los filamentos de actina, los eucariotas también poseen microtúbulos. Estas estructuras en forma de tubo son el segundo componente clave del citoesqueleto y están formadas por numerosas proteínas tubulinas. Estos diminutos tubos son importantes para los procesos de transporte dentro de la célula y la segregación de los cromosomas durante la división celular.
Hasta ahora no estaba claro el origen de estos microtúbulos. En un artículo recién publicado en la página externa Cell, los investigadores de la ETH descubrieron estructuras relacionadas en las arqueas Asgard y describen su estructura. Estos experimentos muestran que las tubulinas Asgard forman microtúbulos muy similares, aunque más pequeños que los de sus parientes eucariotas.
Sin embargo, sólo unas pocas células de Lokiarchaeum forman estos microtúbulos. Y, a diferencia de la actina, estas proteínas tubulinas sólo aparecen en muy pocas especies de arqueas Asgard.
Los científicos aún no comprenden por qué las tubulinas aparecen tan raramente en las Lokiarchaea, ni por qué son necesarias para las células. En los eucariotas, las microtubulinas son responsables de los procesos de transporte dentro de la célula. En algunos casos, las proteínas motoras "recorren" estos tubos. Los investigadores de la ETH aún no han observado tales proteínas motoras en las arqueas Asgard.
"Hemos demostrado, sin embargo, que los tubos formados a partir de estas tubulinas crecen por un extremo. Por tanto, sospechamos que desempeñan funciones de transporte similares a las de los microtúbulos en eucariotas", afirma Jingwei Xu, coprimer autor del estudio Cell. Produjo las tubulinas en un cultivo celular con células de insecto y examinó su estructura.
Investigadores de microbiología, bioquímica, biología celular y biología estructural colaboraron estrechamente en el estudio. "Nunca habríamos llegado tan lejos sin este enfoque interdisciplinario", subraya Pilhofer con cierto orgullo.
¿Fue esencial el citoesqueleto para el desarrollo de la vida compleja? Aunque algunas preguntas siguen sin respuesta, los investigadores están seguros de que el citoesqueleto fue un paso importante en la evolución de los eucariotas.
Este paso pudo producirse hace eones, cuando una arquea Asgard entrelazó una bacteria con sus apéndices. En el curso de la evolución, esta bacteria se convirtió en una mitocondria, que sirve de centro neurálgico de las células modernas. Con el tiempo, el núcleo y otros compartimentos evolucionaron y nació la célula eucariota.
"Este notable citoesqueleto estuvo probablemente al principio de este desarrollo. Podría haber permitido a las arqueas Asgard formar apéndices que les permitieran interactuar con una bacteria, agarrarla y engullirla", explica Pilhofer.
En busca de las arqueas Asgard
Pilhofer y sus colegas planean ahora centrar su atención en la función de los filamentos de actina y la tubulina de las arqueas junto con los microtúbulos resultantes.
También pretenden identificar las proteínas que los investigadores han descubierto en la superficie de estos microbios. Pilhofer espera que su equipo pueda desarrollar anticuerpos adaptados con precisión a estas proteínas. Esto permitiría a los investigadores "pescar" específicamente arqueas Asgard en cultivos mixtos de microbios.
"Aún nos quedan muchas preguntas por responder sobre las arqueas Asgard, sobre todo en lo que respecta a su relación con los eucariotas y su inusual biología celular", afirma Pilhofer. "Rastrear los secretos de estos microbios es fascinante".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Thiago Rodrigues-Oliveira, Florian Wollweber, Rafael I. Ponce-Toledo, Jingwei Xu, Simon K.-M. R. Rittmann, Andreas Klingl, Martin Pilhofer, Christa Schleper; "Actin cytoskeleton and complex cell architecture in an Asgard archaeon"; Nature, Volume 613, 2022-12-21
Florian Wollweber, Jingwei Xu, Rafael I. Ponce-Toledo, Florina Marxer, Thiago Rodrigues-Oliveira, Anja Pössnecker, Zhen-Hao Luo, Jessie James Limlingan Malit, Anastasiia Kokhanovska, Michal Wieczorek, Christa Schleper, Martin Pilhofer; "Microtubules in Asgard archaea"; Cell
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