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Un análisis de ADN y la microscopía revelan un tercer organismo en la simbiosis que forma el coral

El hallazgo subraya la complejidad funcional y evolutiva de las relaciones simbióticas que soportan muchos ecosistemas.

Un análisis de ADN y la microscopía revelan un tercer organismo en la simbiosis que forma el coral
Un análisis de ADN y la microscopía revelan un tercer organismo en la simbiosis que forma el coral. / Nature.
Un análisis de ADN y la microscopía revelan un tercer organismo en la simbiosis que forma el coral. / Nature.

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Sara Rada

Sara Rada

La autora, SARA RADA, es colaboradora de MUNDIARIO. Comunicadora social venezolana, ejerce como redactora creativa y productora audiovisual en distintos medios digitales internacionales. @mundiario

La simbiosis es fácil de definir: dos o más organismos viven juntos en una asociación a largo plazo. Coral, la asociación entre un animal del grupo de Anthozoa y un alga microbiana llamada Symbiodinium, es un modelo arquetípico de simbiosis. El anthozoan proporciona un hogar para el alga, que utiliza la fotosíntesis para producir los azúcares que se le dan al animal como "renta". Estas simbiosis estables y altamente productivas para dos jugadores construyen los enormes arrecifes que dan forma a los ecosistemas marinos.

Los microorganismos, por definición, son pequeños y como tales son difíciles de aislar, crecer y estudiar. La vasta extensión de la diversidad microbiana ha sido reconocida solo en las últimas dos décadas, después de la aplicación de técnicas de biología molecular al campo. La mayoría de los grupos microbianos recién descubiertos son linajes crípticos que superan en gran medida a la diversidad "conocida" de la vida, y se reconocen solo como secuencias de ADN almacenadas en bases de datos. Sabemos poco sobre cómo se ven estos microbios, cómo funcionan sus células o qué hacen en un ecosistema. El desafío, por lo tanto, es mapear las secuencias de ADN que identifican estos microbios en células físicas, y descubrir la biología de dichos organismos. Esta no es una tarea fácil.

Dos tipos de secuencias misteriosas de ADN, llamadas ARL-V (linaje-V relacionado con apicomplexan) y tipo-N, se han encontrado de manera consistente en muestras de ecosistemas de coral. Los árboles filogenéticos que mapean cómo los organismos que contienen ARL-V y el ADN tipo N están relacionados con microbios conocidos sugieren que estos organismos pertenecen al Apicomplexa. Este grupo incluye parásitos que infectan a los animales terrestres, como las especies de Plasmodium que causan la malaria, por lo que comprender más sobre la procedencia y la evolución de los microbios que representan estas secuencias es de gran interés.

Muchos parásitos apicomplexanos viven en la oscuridad, pero contienen el vestigio de un plastidio, una estructura que contiene ADN que se encuentra en las células de las plantas y las algas que se requiere para la fotosíntesis. El origen evolutivo de los plastos en el Apicomplexa es poco conocido. Los plastos apicomplexanos no son fotosintéticos, pero han conservado algunas vías bioquímicas que se encuentran junto con las vías de procesamiento de la luz en los plastos fotosintéticos.

Muchas de estas vías son objetivos potenciales de los medicamentos antipalúdicos. Parientes fotosintéticos del Apicomplexa también se han descubierto en ambientes marinos, pero, ¿cómo encajan los esquivos microbios que contienen ARL-V y el ADN tipo N en esta imagen, y qué pueden decirnos sobre los ecosistemas de coral y la historia evolutiva de Apicomplexa?

Kwong y sus colegas estaban intrigados por la asociación aparente de la firma de ADN ARL-V / tipo N con los corales y especies relacionadas. Examinaron muestras de ADN de 62 especies silvestres y de acuario para detectar la presencia de firmas de tipo N, y encontraron que el 70% de las especies eran de tipo N positivo. Mediante el uso de sondas de ADN marcadas con fluorescencia, Kwong y sus colegas observaron que las moléculas de ADN tipo N y ARL-V coexisten en células ubicadas dentro de las células de la cavidad gástrica de los antozoos.

Este patrón de localización de las células ARL-V / tipo-N en el coral es distinto del de las algas Symbiodinium, lo que indica que los simbiontes recientemente identificados participan en una interacción anatómicamente separada con el animal antozoo. La microscopía electrónica mostró que las células ARL-V / tipo N tienen muchas características típicas de las células apicomplexan. Los autores nombraron informalmente a los organismos 'corallicolids'.

Luego usaron varios marcadores genéticos para investigar la posición de los corallicólidos en el árbol de la vida. Esto reveló una ubicación evolutiva peculiar: los corallicolid están más estrechamente relacionados con los Apicomplexa marinos terrestres que con los identificados previamente. Este hallazgo inspiró a los autores a secuenciar el genoma completo del plástido de los corallicolids, lo que llevó a otra sorpresa. Los corallicolids han conservado genes que codifican moléculas que sintetizan clorofila, el pigmento que absorbe energía de la luz para permitir la fotosíntesis. Sin embargo, han perdido los genes de plástidos que codifican las proteínas de los fotosistemas, que llevan a cabo la fotosíntesis.

¿Cómo podrían los corallicolids evitar los efectos químicos tóxicos resultantes de la excitación de la clorofila por la luz cuando carecen de la salida normal de un fotosistema?

Hay dos explicaciones posibles, ambas intrigantemente improbables. En contraste con la situación en todos los eucariotas fotosintéticos conocidos (especies que transportan su ADN en un núcleo), los genes que codifican las proteínas del fotosistema en los corallicolids podrían ser parte del genoma nuclear, en lugar de ser parte del genoma de plástidos. Después de la síntesis, estas proteínas serían transportadas al plástido. Alternativamente, los corallicolids podrían tener vías bioquímicas únicas que involucran clorofila que no están asociadas con los fotosistemas.

El término simbiosis a menudo se usa como sinónimo de mutualismo, una relación en la que todos los socios se benefician. Esta es una aplicación incorrecta del término que oculta gran parte de la naturaleza dinámica de estas interacciones. El informe de Kwong y sus colegas no es el primer caso en el que un modelo clásico de simbiosis mutualista de dos jugadores ha resultado ser más complejo de lo que se describió originalmente. Muchos líquenes, otro modelo arquetípico de simbiosis, están compuestos no solo por un hongo y un alga, sino por tres o cuatro socios evolutivamente estables.

El desafío ahora es identificar el papel de las partes adicionales en corales, líquenes y muchas otras simbiosis, y repensar los roles de los socios más conocidos a la luz de la nueva evidencia. ¿Los jugadores adicionales causan enfermedades en la simbiosis? Una prueba formal de los postulados de Koch, que establece un vínculo causal entre un microbio y una enfermedad, requiere cultivos celulares. Estos no están disponibles para los corallicolids y la mayoría de los hongos asociados al liquen, por lo que es difícil determinar un posible vínculo con la enfermedad.

Resolver este enigma será un desafío, pero debería decirnos mucho sobre cómo los organismos se perciben e interactúan entre sí en contextos sociales complejos, y qué tipos de interacción en última instancia construyen las simbiosis de las que dependen muchos ecosistemas.  @mundiario