¿Por qué las arqueas no causan enfermedades?

Las membranas de las arqueobacterias no tienen, como en las eubacterias, pared celular de peptidoglicano. Son membranas monocapa. En su membrana, al igual que en las eucariotas, existen esteroles. Poseen lípidos de membrana distintos a los de las eubacterias y eucariotas: diéteres de glicerina con terpenos.

De la bacteria primordial de la que procede toda la vida, llamada LUCA, surgen dos grandes grupos, el de las eubacterias y el de las arqueobacterias. Cuando una arquea y una eubacteria, por endosimbiosis, generan la primera célula eucariota (con nucleo) se forma un nuevo grupo: eucaria formado por protozoos unicelulares y los pluricelulares conocidos como hongos, plantas y animales. De Maulucioni - Trabajo propio, CC BY-SA  3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=33251850

Existen patógenos humanos entre las eubacterias (bacterias Gram negativas y positivas), en el grupo de los protistas, en los hongos e incluso entre los animales. Curiosamente, en el grupo de las arqueobacterias, bacterias que viven en ausencia de oxígeno, normalmente en sítios inhóspitos como fumarolas volcánicas en el fondo del mar, fondo de lagos e intestinos de mamíferos que no presentan un solo patógeno humano.

Las eubacterias y las arqueas se parecen. Ambos tipos de organismos son unicelulares, carecen de nucleos y de organelos. Las arqueas tienen un tipo de membrana plasmática único. Cuando se examina su ARN ribosomal se observa que son un grupo único diferenciado de las eubacterias.

De cientos de microbios que causan enfermedades en humanos ninguno es arquea

En un artículo publicado en Bioessays, Erin Gill and Fiona Brinkman tratan de explicar el porqué. La hipótesis más trivial es la estadística, es decir, si sólo el 0.36% de las bacterias causan enfermedades en los humanos, es decir, de 151000 bacterias conocidas 585 son patógenos humanos, tirando por lo bajo, teniendo en cuenta especies que se pueden cultivar en laboratorio y las que no se pueden cultivar. Asumiendo que existe un número similar de especies de arqueobacterias patógenas en el grupo, si se conocen 4508 especies de arqueobacterias x 0.0036 = deberían haber 16 patógenos. Sin embargo, no existen 16 patógenos arqueobacterianos. Obviamente para llegar a esta conclusión debemos asumir que el porcentaje de patógenos en ambos grupos es el mismo lo cual es una asumción.

Recientemente, se ha estudiado la metagenómica (secuencias fragmentadas de ADN) de arqueas mesofílicas marinas. Podría haber, por tanto, muchísimas arqueas todavía no descubiertas y por tanto habría muchas enfermedades que todavía no han sido descritas. La microbiología nació como una especialidad médica y se ocupó básicamente de eubacterias que causaban enfermedades en los humanos. El grupo de las arqueobacterias, bacterias que viven en condiciones extremas para los humanos, fue estudiado por microbiólogos ambientalistas que las estudiaban para entender los ciclos biogeoquímicos y la diversidad de la vida, eran investigadores que no buscaban patógenos

Los bacteriófagos matan a las personas, las bacterias no tienen la culpa

Una pista acerca de cómo una bacteria se vuelve patógena podría estar en las islas de patogenicidad. Los genes de virulencia están ordenados en regiones específicas de las bacterias patógenas. Son regiones de origen vírico (plásmidos, transposones o bacteriófagos) que codifican proteínas que le permiten a la bacteria invadir nuestro cuerpo, evitar al sistema inmune y transmitirse de persona a persona.

Muchos de estos genes de virulencia son móbiles y pueden saltar del genoma de una bacteria a otra convirtiendo a la nueva bacteria en una bacteria patógena. El vector que lleva esos genes es frecuentemente un virus bacteriano llamado bacteriófago (fago). Es lo que se llama transducción. Brevemente, cuando un fago invade una bacteria genera muchas copias de si mismo, en ese proceso puede tomar genes de la bacteria invadida. Esos genes pasan a formar parte del genoma del fago que puede invadir otra especie. Si el fago inserta su genoma dentro del genoma de la nueva bacteria, ésta adquirirá los nuevos genes, convirtiéndose en una bacteria patógena. Es lo que se llama transferencia horizontal de genes en contraposición con la transmisión vertical de genes que es lo que se transmite de padres a hijos.

Las bacterias patogénicas son vehículos para que los fagos se transmitan

Por este motivo, podríamos ver a las bacterias como el ambiente en el que se replican, viven y se transmiten los bacteriófagos. Esto tiene una explicación. Cuando no existían bacterias, los virus eran las únicas entidades biológicas en la tierra. Eran unas células primitivas que en vez de tener una membrana tenían una cápside proteica. Para hacer copias de si mismos tenían que desarmar esa cápside y copiar su ADN. Podían hacer eso porque en ese tiempo el mar y el agua dulce terraqueo era una sopa biológica rica en nutrientes. En ese momento los virus eran un poco distintos a los de hoy en día. Tenían como molécula soporte de la herencia el ARN o el ADN, y para traducir tenían ribosomas.

Hoy en día, los actuales virus carecen de ribosomas porque utilizan los de las bacterias y así se pueden replicar más rápido al tener menos que replicar y por tanto dejan más descendencia. Por ese motivo se seleccionó a los virus sin ribosomas cuando los virus se convirtieron en parásitos de las bacterias.

Cuando apareció LUCA, la primera célula, una procariota, fue tan eficiente metabólicamente que acabó con toda la sopa biológica. Por decirlo de alguna forma, la sopa biológica que estaba libre en los mares y cursos de agua ahora estaba dentro de la membrana de las bacterias. Por ese motivo, los virus tuvieron que ir donde estaba la sopa biológica: en el citoplasma de las bacterias.

De lo que se conoce hasta la fecha, los bacteriófagos, virus especializados en replicarse en eubacterias, no invaden arquea. Arquea tiene sus propios virus. La razón: los receptores a los que se unen los fagos no están presentes en las arqueas. Hay otra razón, las Gram negativas tienen una presión interna de 5 atmósferas, las Gram positivas de 25 atmósferas. Por ese motivo, los fagos son una mezcla de virus unidos a una bomba neumática, para inyectar ADN contra la presión interna de la bacteria, y unas patas como de mosquito. Las arqueas no tiene presión interna, por eso no hace falta inyectar a presión el ADN.

Cuando comparamos los genomas de los virus que invaden arqueas con el de los fagos vemos que son bastante distintos. Los fagos no invaden arqueas y los virus de arqueas no invaden eubacterias.

Arqueas tienen una membrana plasmática distinta a las de las bacterias y carecen de proteínas receptoras para los fagos por eso tienen sus propios virus. En la imagen la arquea Sulfolobus infectada por el virus STSV1. Fuente

Por todo esto, Gill y Brinkman en su artículo nos dicen que las bacterias son el medioambiente para que los bacteriófagos propagen sus genes. Entonces ¿Por qué las arqueas no han desarrollado mecanismos patogénicos similares contra los humanos? lo explican diciendo que la evolución de la virulencia es un suceso raro. que depende de varios pasos. Lo que en el fondo es decir nada. Quizás el hecho de que la mayoría de las arqueas viven en sitios en los que no hay humanos haya sido un factor importante.


Para saber más:

paper published in Bioessays, 

http://bytesizebio.net/2011/03/16/why-are-there-no-disease-causing-archaea/