Sei 199328088.jpg

Una célula de Braarudosphaera bigelowii, con una flecha negra que muestra su orgánulo fijador de nitrógeno.

Tyler Coale, Universidad de California, Santa Cruz

En los 3.500 millones de años transcurridos desde que la vida evolucionó por primera vez en la Tierra, se pensaba que las bacterias que alguna vez vivieron en libertad se habían fusionado con otros organismos sólo en tres ocasiones, lo que hacía de este un evento evolutivo extremadamente raro. Ahora se ha encontrado un cuarto ejemplo, en un alga unicelular común en los océanos.

Se pensaba que estas algas “fijaban” nitrógeno (convertían el nitrógeno atmosférico en amoníaco utilizable) con la ayuda de una bacteria. Tyler Coal en la Universidad de California, Santa Cruz, y sus colegas han demostrado ahora que esta bacteria ha evolucionado hacia una nueva estructura celular u orgánulo.

Es el primer orgánulo fijador de nitrógeno, o nitroplasto, conocido, dice Coale, y podría ser la clave del éxito de estas algas. «Parece ser una estrategia exitosa para ellos», afirma. “Se trata de algas muy extendidas. Los encontramos en todos los océanos del mundo”.

Es bastante común para una especie. vivir dentro de las células de otro en una relación mutuamente beneficiosa llamada endosimbiosis. Por ejemplo, las células de las raíces de legumbres como los guisantes albergan bacterias fijadoras de nitrógeno. El éxito de las cucarachas Se debe en parte a bacterias endosimbióticas que producen nutrientes esenciales.. Algunas células incluso albergar múltiples endosimbiontes.

Si bien las relaciones endosimbióticas pueden volverse muy estrechas, en casi todos los casos los organismos siguen siendo distintos. Por ejemplo, las legumbres adquieren las bacterias de sus raíces del suelo. Y aunque las bacterias de las cucarachas se transmiten a través de los huevos, viven en células especializadas, no en todas las células.

Pero en tres casos, los endosimbiontes se han fusionado con sus anfitriones para convertirse en una parte fundamental de ellos. Las mitocondrias productoras de energía surgieron de la fusión de una bacteria con otra célula simple, formando las células complejas que dio origen a animales, plantas y hongos.

Las plantas surgieron cuando una cianobacteria se combinó con una célula compleja para formar el cloroplasto, el orgánulo que lleva a cabo la fotosíntesis. Y hace unos 60 millones de años, otra cianobacteria se fusionó con una ameba, formando un orgánulo fotosintético diferente llamado cromatóforo, que se encuentra sólo en unas pocas especies de paulina.

Ha sido sospechado desde hace más de una década que una cianobacteria conocida como UCYN-A vive dentro del alga unicelular Braarudosphaera bigelowii se ha convertido en un orgánulo. Sin embargo, estudiar la asociación fue difícil hasta que un miembro del equipo Kyoko Hagino en la Universidad de Kochi en Japón encontraron formas de mantener B. bigelowii vivo en el laboratorio.

Esto permitió al equipo utilizar una técnica llamada tomografía de rayos X suaves para observar lo que sucede a medida que las células de las algas se dividen. A partir de esto, se descubrió que UCYN-A se divide junto con la célula de alga, y cada célula hija hereda una UCYN-A. «Antes no sabíamos cómo se mantenía esta asociación», dice Coale.

El equipo también descubrió que alrededor de la mitad de las aproximadamente 2000 proteínas diferentes dentro de UCYN-A provienen del alga huésped, en lugar de producirse dentro de UCYN-A.

Muchas de las proteínas importadas ayudan a UCYN-A a fijar nitrógeno, dice Coale. «Creo que la célula de alga la está potenciando para producir más nitrógeno del que necesita».

También parece haber un sistema especializado para entregar proteínas a UCYN-A, como ocurre con otros orgánulos. Todas las proteínas importadas tienen una sección adicional que se cree que es una «etiqueta de dirección» que las marca para su entrega a UCYN-A.

No existe una definición universalmente aceptada de orgánulo, afirma Jeff El Hai en la Virginia Commonwealth University, pero muchos biólogos consideran que la división coordinada y la importación de proteínas son clave.

“Coale marca ambas casillas”, afirma Elhai. «Incluso para los puristas semánticos, UCYN-A debe considerarse un orgánulo que une mitocondrias, cloroplastos y cromatóforos».

La fabricación y uso de Los fertilizantes nitrogenados son una fuente importante de emisiones de gases de efecto invernadero. así como un gasto para los agricultores. Por eso hay mucho interés en modificar las plantas de cultivo para que puedan fijar su propio nitrógeno como lo hacen las leguminosas.

Una forma de lograrlo sería equipar sus células con nitroplastos y Elhai ha creado una propuesta sobre cómo se podría hacer esto. Pero UCYN-A no es un buen punto de partida porque depende demasiado de B. bigelowiiél dice.

En cambio, Elhai prevé comenzar con cianobacterias que apenas han comenzado a convertirse en nitroplastos y no dependen de proteínas importadas, por lo que podrían agregarse fácilmente a una amplia gama de plantas de cultivo.

Sin embargo, Elhai está de acuerdo con Coale en que estudiar B. bigelowii podría ayudarnos a comprender cómo integrar la fijación de nitrógeno en una célula vegetal.

Temas: