El asombroso experimento que recrea cómo pudo haber surgido la vida multicelular hace más de mil millones de años
Un grupo de científicos han logrado inducir una simbiosis entre bacterias y hongos, lo que arroja luz sobre el origen de la vida compleja y ofrece nuevas posibilidades para la biología sintética.
Christian Pérez, Redactor especializado en divulgación científica e histórica
Los cloroplastos, visibles en verde oscuro, ofrecen una fascinante ventana al pasado. Foto: Istock
Un grupo de científicos han logrado inducir la simbiosis entre bacterias y hongos en el laboratorio, recreando un proceso que pudo haber sido clave en el origen de la vida tal como la conocemos. En un innovador estudio publicado en Nature el pasado 2 de octubre, un equipo de biólogos del Instituto Federal Suizo de Tecnología (ETH Zurich) liderado por Julia Vorholt ha logrado implantar bacterias en hongos, creando una relación simbiótica que arroja luz sobre cómo la vida multicelular pudo haberse originado hace más de mil millones de años.
Este experimento busca recrear uno de los eventos más transformadores en la historia evolutiva: la formación de las mitocondrias y cloroplastos, orgánulos que permiten a las células eucariotas producir energía y realizar la fotosíntesis. Estos orgánulos son el resultado de una antigua simbiosis entre una célula ancestral y una bacteria, un evento que los científicos han intentado entender durante décadas.
El desafío de recrear la simbiosis primitiva
El estudio de Vorholt y su equipo supone un gran avance en la comprensión de este proceso evolutivo. A lo largo de la historia, los endosimbiontes han desempeñado un papel fundamental en la diversificación de las especies.
Sin embargo, la formación de relaciones simbióticas de novo en laboratorio ha sido, hasta ahora, un reto enorme. Los intentos anteriores de implantar bacterias en células anfitrionas no lograban mantener la simbiosis a largo plazo, y muchas veces la célula huésped terminaba destruyendo o rechazando a la bacteria.
En este nuevo enfoque, los investigadores se propusieron recrear una relación natural entre una bacteria llamada Mycetohabitans rhizoxinica y el hongo Rhizopus microsporus, que ya coexistían en la naturaleza. Para ello, se utilizó una aguja microscópica, con la que los científicos implantaron bacterias en las células de hongos no simbióticos, logrando resultados prometedores.
A lo largo del proceso, se enfrentaron a una serie de desafíos técnicos. Las paredes celulares del hongo Rhizopus, gruesas y resistentes, creaban una barrera natural para la implantación de bacterias. Para superarlas, el equipo empleó una aguja con un diámetro de entre 500 y 1.000 nanómetros, además de aplicar una leve presión adicional mediante una bomba de bicicleta, que facilitó la inyección precisa de las bacterias en el citoplasma de las células fúngicas.
Esporangios de Rhizopus microsporus que muestran esporangiosporas, columelas, esporangióforos y rizoides. Foto: Istock
Un sistema simbiótico heredado
Uno de los hallazgos más significativos de este estudio fue observar cómo el hongo, tras el choque inicial de la intervención, logró continuar su ciclo de vida. Lo más sorprendente fue que un pequeño porcentaje de las esporas resultantes contenían bacterias.
Esto sugiere que, aunque el sistema simbiótico se había establecido de manera artificial, las bacterias fueron heredadas en generaciones sucesivas, lo que abre una puerta a nuevas investigaciones sobre cómo se estabilizan estos sistemas simbióticos.
El estudio también mostró que, aunque las esporas con bacterias germinaban con menor éxito que las esporas sin ellas, a lo largo de diez generaciones, el equipo de ETH Zurich pudo aumentar la eficacia de la simbiosis mediante un proceso de selección artificial.
Utilizando un sistema de fluorescencia para identificar esporas que contenían bacterias, los investigadores lograron propagar solo aquellas que mantenían la relación simbiótica, lo que aumentó drásticamente la tasa de éxito de la germinación. Para la décima generación, las esporas simbióticas ya mostraban una eficiencia de germinación cercana a la de las esporas sin bacterias.
Uno de los hallazgos más significativos de este estudio fue observar cómo el hongo, tras el choque inicial de la intervención, logró continuar su ciclo de vida.
¿Cómo surge la adaptación simbiótica?
A pesar del éxito en la propagación de la simbiosis, el equipo aún no comprende completamente los mecanismos genéticos que permitieron esta adaptación. Según explicó Gabriel Giger, coautor del estudio, se identificaron algunas mutaciones en el hongo que parecían estar relacionadas con el aumento en el éxito de la simbiosis. Sin embargo, en las bacterias implantadas no se detectaron cambios genéticos significativos, lo que sugiere que la adaptación estuvo principalmente del lado del hongo anfitrión.
Este descubrimiento plantea nuevas preguntas sobre el proceso de adaptación simbiótica. ¿Cómo logra un organismo complejo, como un hongo, adaptarse tan rápidamente para tolerar y, finalmente, beneficiarse de un simbionte bacteriano?
Eva Nowack, microbióloga de la Universidad de Düsseldorf, quien no participó en el estudio, se mostró sorprendida por la rapidez con la que los hongos parecen haber desarrollado esta capacidad simbiótica. Según Nowack, sería interesante observar cómo esta relación simbiótica evoluciona a lo largo de mil generaciones o más.
La fotosíntesis se lleva a cabo en los cloroplastos. — Videologia/iStock
El futuro de la biología sintética y las endosimbiosis inducidas
El equipo de ETH Zurich no solo busca comprender los mecanismos naturales de la endosimbiosis, sino que también ve en este experimento un camino hacia la biología sintética.
Tal como lo señala Julia Vorholt, el objetivo a largo plazo es diseñar nuevas simbiosis que puedan conferir a los organismos características útiles, como la capacidad de fijar nitrógeno o de capturar dióxido de carbono. Esta posibilidad abre un campo de investigación que podría tener aplicaciones directas en áreas como la agricultura sostenible o la mitigación del cambio climático.
El potencial de estas simbiosis inducidas para crear organismos que posean habilidades que naturalmente no tienen, es uno de los aspectos más intrigantes de este estudio. En el futuro, podríamos ver cómo estas nuevas relaciones simbióticas ayudan a crear plantas más resistentes, microorganismos capaces de degradar contaminantes ambientales o incluso soluciones biológicas para la captura de carbono.
Recreación de un cloroplasto; las membranas internas son los tilacoides. — enot-poloskun/iStock
¿Una ventana al origen de las mitocondrias y los cloroplastos?
El trabajo de Vorholt también nos acerca un poco más a entender cómo los organelos clave en las células eucariotas, como las mitocondrias y los cloroplastos, pudieron haberse originado.
Durante más de un siglo, los científicos han debatido cómo los antepasados de estas estructuras, antiguas bacterias, fueron capaces de integrarse en las células huésped, dando lugar a formas de vida multicelulares complejas. Este estudio es una pista más en ese rompecabezas evolutivo, ya que demuestra cómo una relación simbiótica puede ser inducida y transmitida a lo largo de generaciones.
Thomas Richards, biólogo evolutivo de la Universidad de Oxford, plantea una hipótesis interesante sobre el trabajo: sugiere que el sistema inmunológico del hongo Rhizopus microsporus podría estar dificultando la simbiosis con las bacterias implantadas.
Según Richards, las mutaciones en este sistema podrían estar facilitando la relación simbiótica observada en el estudio, y destaca la importancia de explorar estos mecanismos para entender mejor cómo se establecen y mantienen estas asociaciones. "Soy un gran admirador de este trabajo", añade, destacando el valor del experimento para la biología evolutiva.
El estudio publicado en Nature no es solo una hazaña técnica, sino que representa un nuevo capítulo en nuestra comprensión de la evolución de la vida compleja. Aunque aún queda mucho por descubrir sobre los factores que hicieron posible la simbiosis primitiva, estos experimentos abren la puerta a un futuro lleno de posibilidades, tanto en el campo de la biología evolutiva como en la biotecnología.
Creado:04.10.2024 | 19:21
___________________
Referencias:
Giger, G.H., Ernst, C., Richter, I. et al. Inducing novel endosymbioses by implanting bacteria in fungi. Nature (2024). doi: 10.1038/s41586-024-08010-x
________
Fuente:
