Señoras y señores Potato de la simbiosis

Desde nuestro antropocentrismo pensamos que la complejidad morfológica es algo que solo se puede lograr en seres pluricelulares como nosotros. Un grupo de eucariotas unicelulares, como la  Familia Warnowiaceae puede presumir del logro de tener un ojo funcional siendo unicelulares. Las especies de la Familia Warnowiaceae (Proterythropsis Kofoid et Swezy, Warnowia, Erythropsidinium), poseen un ocelo con diferente grado de complejidad y en el caso de Erythropsidinium además con un pistón, un orgánulo que no se encuentra en ningún otro organismo conocido (Gómez et al., 2009).

Video 1: Ojo (oceloide) y pistón del dinoflagelado Erythropsidinium 

 ¿Cómo un protozoo unicelular puede tener un ojo funcional?

Fig. 1. Los dinoflagelados pertenecientes a la familia Warnowiaceae son el Mister Potatoe de la simbiosis.

La respuesta es: por simbiosis. El ojo desarrollado en esta familia de dinoflagelados se le llama  oceloide. El oceloide es similar a un ojo humano, o al ojo del pulpo. Los oceloides se construyen a partir de orgánulos preexistentes, incluida una capa similar a la córnea hecha de mitocondrias y un cuerpo retiniano hecho de plástidos anastosomados. Encontramos que el cuerpo retiniano forma el núcleo central de una red de plástidos tipo peridinina, que en los dinoflagelados y sus parientes se originaron a través de una antigua endosimbiosis con un alga roja. 

Fig. 2. Los ojos primitivos de un protozoo se componen de las mismas estructuras de un ojo humano: córnea, cristalino, iris y la retina: La diferencia clave es que el ojo de este protozoo está hecho de bacterias. La retina se forma a partir de algas rojas endosimbiótica mientras que la córnea es una adaptación de las mitocondrias, en origen también una bacteria endosimbiótica. Fuente

Como tal, el oceloide es una estructura quimérica que incorpora orgánulos con diferentes historias endosimbióticas. La complejidad anatómica de los organismos unicelulares puede estar limitada por los componentes disponibles para la diferenciación, pero el oceloide muestra que los orgánulos preexistentes pueden ensamblarse en una estructura tan compleja que inicialmente se confundió con un ojo multicelular. Aunque las mitocondrias y los plástidos son reconocidos principalmente por sus funciones metabólicas, también pueden ser componentes básicos para una mayor complejidad estructural.

Fig. 3. A una mitocondria que funciona como córnea, B unos plástidos que funcionan como retina dentro de un dinoflagelado tipo Proterythropsis , Warnowia,o Erythropsidinium generan D un protozoo con ojo. En el trabajo publicado en Nature se describe como multiples especies han ocupado el papel A, B o C en este protozoo simbiótico D.

Los oceloides ayudan a los miembros de la Familia Warnowiaceae a detectar a sus presas. Cuando las detectan envían mensajes químicos para comunicarse con otras partes de la célula. Además del oceloide, estas células unicelulares tienen un núcleo excepcionalmente grande con cromosomas estrechamente empaquetados que pueden cambiar la polarización de la luz que pasa a través de ellos. ¿Podrían detectar el cambio de orientación de la luz cuando pasa a través de su presa transparente, mostrándoles en qué dirección cazar? Es una hipótesis en la que se está trabajando.

Cómo se generan las simbiosis: lecciones de Prometheoarchaeum

Fig. 4. La bacteria pulpo Prometheoarchaeum syntrophicum. Fuente

Prometheoarchaeum syntrophicum cepa MK-D1 es una arqueobacteria del grupo Asgard. Un grupo de científicos japoneses, después de 12 años de intentarlo, han conseguido aislarla de los sedimentos marinos y cultivarla en laboratorio, lo cual abre las puertas a la experimentación científica. ¿Por qué es tan interesante esta bacteria? porque crece mejor si está en asociación con otras bacterias. Además, forma tentáculos con los que puede atrapar a las bacterias que se volverán sus compañeras, formando así relaciones simbióticas con ellas. 

Célula endosimbionte en su proceso de convertirse en una organela celular

En el interior de la ameba de agua dulce Paulinella chromatophora vive lo que sería una célula endosimbionte en su proceso de convertirse en una organela celular. En el interior de Paulinella viven una o dos células endosimbiontes fotosintéticas que se asemejan a las cianobacterias. El genoma de este endosimbionte es considerable, 1 Mb (un millón de bases), lo que es pequeño para una cianobacteria de vida libre pero enorme para un cloroplasto. Este genoma no tiene nada que ver con los genomas de las β-cianobacterias que son las precursoras de los cloroplastos de las plantas. En realidad está emparentado con otro grupo de bacterias fotosintéticas: las Prochlorococcus/Synechococcus pertenecientes a las α-cianobacterias. Este dato es muy interesante porque subraya la idea de que los cloroplastos surgieron en la evolución en varios momentos de manera independiente.

Fig. 5. Paulinella chromatophora con cromatóforos. Photo Eva Nowack

Otro de las particularidades de este sistema endosimbiótico es que genes de este simbionte, genes que codifican proteínas del sistema fotosintético, se han transferido al núcleo de Paulinella. Este tipo de migraciones de genes de la organela al núcleo del hospedador es algo común en los organelas simbióticas como las mitocondrias o los cloroplastos pero no es frecuente observarlo en organismos simbiontes. Lo que tampoco es habitual es que el endosimbionte de Paulinella mantiene todos los componentes necesarios para que su cromosoma replique autonomamente.

El origen de replicación oriC is completamente idéntico a los de Prochlorococcus. Por lo tanto estamos delante de un organismo en el que se están dando los pasos para que un endosimbionte se convierta en una organela celular. Si entendemos como ocurre la transferencia de sus genes al núcleo y también cómo se sincroniza la replicación del cromosoma del simbionte con la de su hospedador podremos entender qué es lo que hace falta para que una célula simbionte se convierta en un orgánulo celular. Lo interesante del caso es que hasta ahora se suponía que algo semejante había ocurrido hace mucho mucho tiempo, cuando surgió las primeras células eucariotas y las células eucariotas que dieron lugar a las algas y a las plantas. Ahora, gracias a Paulinella, podemos tener a un evento evolutivo remoto desarrollarse ante nuestros ojos.

Un Anillo para gobernarlos a todos

Un Anillo para gobernarlos a todos. Un Anillo para encontrarlos,
un Anillo para atraerlos a todos y atarlos en las tinieblas.

Esta texto figura en el Anillo de Saurón de "El Señor de los Anillos" de J.R.R. Tolkien. Resume a la perfección la tensión política que genera tener varios anillos de poder: se necesita un Anillo para gobernarlos a todos. 

Fig. 7. Evolución de los símbolos de poder en la Península Ibérica. De izquiera a derecha vemos la evolución cronológica hasta, de manera cómica, llegar al Anillo de Saurón. El primer símbolo de poder unificado para toda la Península ha sido el SPQR romano, siglas de la frase latina Senātus Populusque Rōmānus, es decir, "El Senado y el Pueblo Romano" en español. Desde la caída de Roma dos pueblos intentaron sin éxito unificar la Península: visigodos y árabes. En 1942, con la toma de Granada, existen en la península cuatro grandes nacionalidades, cada una de ellas con su propio idioma: León y Castilla, Aragón que dominaba Cataluña y Valencia, la cultura vasca representada por el Reino de Navarra y Portugal. El matrimonio de Isabel de Castilla con Fernando de Aragón conforman La unión de Castilla-León con Aragón-Cataluña. Portugal permanece independiente. En los escudos de ambos países hay varias referencias a la "reconquista" cristiana de los territorios a los musulmanes. Ambos escudos, tanto el portugués como el español, hacen referencia a las exploraciones y los viajes de los pioneros que expandieron nuestra cultura en el mundo. La representación de los poderes de Portugal y España se diluyen en la actual bandera de la Unión Europea. Originalmente, cuando ambos países ingresaron en la Unión, cada uno de ellos estaba representado por una estrella. Actualmente, la bandera tiene 12 estrellas aunque está formada por 27 países miembros. 

Bibliografía:

Eye-like ocelloids are built from different endosymbiotically acquired components

Gómez, F., P. López-García & D. Moreira. 2009b. Molecular phylogeny of the ocelloid-bearing dinoflagellates Erythropsidinium and Warnowia (Warnowiaceae, Dinophyceae). Journal of Eukaryotic Microbiology 56 (5): 440-445.

ojo de un protozoo procede de la simbiosis de dos bacterias

Como siempre, la entrada sobre Prometheoarchaeum del investigador Manuel Sánchez, son mucho más didácticas e interesantes que las mías.

H. Imachi et al., Isolation of an archaeon at the prokaryote-eukaryote interface, bioRxiv, 6 August 2019

E. Pennisi, Tentacled microbe hints at how simple cells became complex, Science, Vol. 365, p. 631, 16 August 2019

https://www.newscientist.com/article/2213037-deep-sea-microbe-could-answer-one-of-evolutions-biggest-mysteries/