Las bacterias simbióticas viven dentro de órganos especializados llamados bacteriomas dentro de los insectos. Esta imagen muestra una sección transversal del saltamontes Callodictya krueperi, con sondas fluorescentes que marcan los microbios Vidania (rojo) y Sodalis (amarillo).
Cortesía de Anna Michalik y otros.
Las bacterias simbióticas que viven dentro de las células de los insectos tienen los genomas más pequeños conocidos de cualquier organismo. Los hallazgos enturbian aún más la distinción entre orgánulos celulares como las mitocondrias y los microbios más básicos de la naturaleza.
“Creo que es muy difícil decir exactamente dónde termina este simbionte altamente integrado y comienza un orgánulo”, dice Piotr Łukasik de la Universidad Jagellónica de Cracovia, Polonia. “Este es un límite muy borroso”.
Los saltamontes son insectos que subsisten exclusivamente de la savia de las plantas y complementan su nutrición gracias a una antigua relación con bacterias simbióticas. Durante muchos millones de años, estos microbios evolucionaron para vivir dentro de células especializadas en el abdomen de los saltamontes, produciendo nutrientes que los saltamontes no pueden obtener de su dieta azucarada. Muchas de estas bacterias dependen totalmente de sus huéspedes y han dejado que sus herramientas genéticas se deterioren hasta una fracción de su tamaño ancestral.
Łukasik y sus colegas estaban interesados en la evolución de esta relación bacteria-insecto y en cuán pequeños podían llegar a ser estos genomas bacterianos. El equipo tomó muestras de 149 insectos individuales de 19 familias de saltamontes y extrajo ADN de los tejidos abdominales de los insectos. Los investigadores analizaron y secuenciaron el ADN, reconstruyendo los genomas de las bacterias simbióticas Vidania y Sulcia.
Los genomas bacterianos eran excepcionalmente pequeños. La longitud del genoma se puede medir en número de pares de bases, la secuencia de “letras” emparejadas en el código genético. Los genomas bacterianos tenían menos de 181.000 pares de bases de largo. En comparación, el genoma humano tiene miles de millones de pares de bases.
Algunos de los genomas de Vidania tenían sólo 50.000 pares de bases de largo, los más pequeños conocidos para cualquier forma de vida. Anteriormente, la más pequeña era Nasuia, una bacteria simbiótica hospedada por parientes de los saltamontes llamados saltamontes, que medía poco más de 100.000 pares de bases.
Con 50.000 pares de bases, los genomas de Vidania están en la escala de los que se encuentran en los virus, que no se consideran vivos: el virus detrás del covid-19 tiene un genoma de alrededor de 30.000 pares de bases de largo, por ejemplo. Algunos Vidania tienen sólo unos 60 genes codificadores de proteínas, uno de los recuentos más bajos jamás registrados.
Los saltamontes dependen de bacterias simbióticas para complementar sus dietas especializadas
Cortesía de Anna Michalik y otros.
Las bacterias han estado evolucionando con sus insectos huéspedes durante aproximadamente 263 millones de años, evolucionando de forma independiente con tamaños de genoma extremadamente pequeños dentro de dos grupos diferentes de saltamontes. Una de las pocas cosas que hacen estas bacterias es producir el aminoácido fenilalanina, que es un precursor químico para fabricar y fortalecer los exoesqueletos de los insectos.
Łukasik y su equipo piensan que la pérdida masiva de genes podría ocurrir cuando los insectos coman nuevos alimentos con nutrientes que antes les proporcionaban las bacterias, o cuando más microbios entren y asuman esas funciones.
Las bacterias altamente reducidas recuerdan a las mitocondrias y los cloroplastos, orgánulos productores de energía dentro de las células animales y vegetales que descienden de bacterias antiguas. Las bacterias simbióticas residen de manera similar dentro de las células huésped y se transmiten de generación en generación.
“‘Organelo’ es sólo una palabra, por lo que está bien para mí llamar a estos orgánulos si alguien quiere incluirlos en la definición”, dice Nancy Moran de la Universidad de Texas en Austin, que no participó en la investigación. “Pero siguen existiendo diferencias con las mitocondrias o los cloroplastos”.
Las mitocondrias son mucho más antiguas, surgieron hace 1.500 millones de años o más, y sus genomas son aún más pequeños: alrededor de 15.000 pares de bases.
“Estos simbiontes viven sólo en células huésped especializadas, no en la mayoría de las células del organismo, como se observa en las mitocondrias y los cloroplastos”, dice Moran.
Łukasik considera que estas bacterias y mitocondrias simplemente se encuentran en diferentes lugares de un “gradiente de dependencia” evolutivo de sus huéspedes. Sospecha que aún no se han descubierto genomas de simbiontes aún más pequeños.
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