IEn el lugar más frío y aislado de la Tierra, un grupo de científicos desafía los vientos helados en busca de respuestas. Vestidos con gruesos trajes rojos que contrastan con el paisaje azul y blanco, los investigadores recuperan gusanos de las gélidas aguas del Océano Austral que rodean la Antártida. Llevarán a estas criaturas retorciéndose de regreso a sus laboratorios para estudiar cómo logran sobrevivir a temperaturas bajo cero sin ningún equipo de protección.
«La Antártida tiene uno de los ambientes más extremos del planeta», dijo Cinzia Corinaldesiecólogo marino de la Universidad Politécnica de Marche. “Y en los ecosistemas marinos tenemos temperaturas que pueden estar muy cercanas a los dos grados bajo cero. [Celsius].”
Investigadores recolectando muestras utilizando instrumentos especializados en la Antártida.
Marco Lo Mártire
Si bien los investigadores habían identificado que algunos animales marinos antárticos hacen proteínas anticongelantes para adaptarse al frío extremo, mecanismos similares en los invertebrados seguían siendo poco conocidos.1
En un estudio publicado en Avances científicosCorinaldesi y colegas han demostrado que la microbioma de gusanos antárticos produce proteínas crioprotectoras que ayudan a estas criaturas a hacer frente a temperaturas bajo cero.2 Los resultados proporcionan información sobre cómo el microbioma puede ayudar al huésped a adaptarse a condiciones ambientales extremas.
El papel del microbioma en el suministro de nutrición o inmunidad está bien establecido, afirmó Harald Gruber-Vodickainvestigador de simbiosis marina en el Instituto Max Planck de Microbiología Marina, que no participó en el estudio. «Pero la protección contra el frío como servicio simbionte o función simbionte era sorprendente y nueva».
Corinaldesi y el equipo sospecharon que el microbioma podría desempeñar un papel para ayudar a su anfitrión a enfrentar el frío, porque los microbios se encuentran con frecuencia en tales condiciones.3 Para probar esta hipótesis, el equipo secuenció el ADN bacteriano aislado de los intestinos, las cavidades bucales, los apéndices y la cubierta protectora exterior de los gusanos que recolectaron de las aguas antárticas.
Los investigadores recolectaron gusanos del Océano Austral para estudiar sus estrategias de adaptación al frío.
Marco Lo Mártire
El análisis de las secuencias reveló que las bacterias pertenecientes a los géneros meiotermo y anoxibacilo constituía la mayor parte del microbioma de los gusanos. Aunque los científicos han encontrado estas especies antes en ambientes fríos, se ven más comúnmente en temperaturas altas, como las aguas termales.
Los investigadores descubrieron que estas bacterias no estaban presentes en ninguna otra especie de gusano cuyos metagenomas estuvieran disponibles en bancos de genes. Tampoco encontraron estas bacterias en el sedimento donde recolectaron los gusanos, lo que indica que los gusanos no adquirieron recientemente estas bacterias de su entorno.
Esto llevó al equipo a investigar si la conexión gusano-microbio comenzó en el pasado y se transmitió de generación en generación. Estudiaron la relación entre la historia evolutiva del huésped (evaluada mediante el análisis de sus genes mitocondriales) y la del microbioma asociado al huésped. Esto reveló un alto grado de filosimbiosis o similitud, lo que sugiere que los microbios y los gusanos pueden haber evolucionado conjuntamente.
“La simbiosis comenzó en la antigüedad, probablemente cuando el hábitat era diferente, y ahora estas bacterias ya no están presentes en los sedimentos circundantes de los animales”, dijo Corinaldesi.
Para investigar cómo los gusanos se benefician de sus habitantes microbianos en estos climas fríos, Corinaldesi y el equipo analizaron los genomas de meiotermo y anoxibacilo bacterias. Encontraron genes que codifican o están relacionados con proteínas de choque por frío, proteínas de unión al hielo y compuestos crioprotectores como la espermidina.
Cuando analizaron extractos de lombrices utilizando un enfoque proteómico, encontraron muchas de estas proteínas y varias enzimas que son potencialmente útiles para hacer frente a temperaturas extremadamente frías. Comparar estas proteínas con bases de datos establecidas que describen secuencias de proteínas y sus funciones ayudó al equipo a determinar que las bacterias, y no los gusanos, producían varias de las proteínas crioprotectoras.
El hecho de que el microbioma produzca proteínas específicas que pueden ayudar al huésped a afrontar el frío fue sorprendente, dijo Corinaldesi.
Gruber-Vodicka dijo que el enfoque genómico y proteómico adoptado por el equipo fortalece el estudio. «Esta primera idea de que los simbiontes podrían desempeñar un papel importante es muy intrigante», señaló, pero se necesitan experimentos adicionales para demostrar que los gusanos dependen del microbioma para adaptarse al frío.
“Esto es sólo una pequeña parte del [puzzle]”, dijo Corinaldesi. “Necesitamos continuar con [the work] para ampliar información”.