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7 de Junio de 2019
EVOLUCIÓN

Un nuevo modelo sobre el origen de las mitocondrias

Se propone que el mecanismo que las originó, la simbiosis entre una arquea y una bacteria, es muy diferente del que se pensaba.

Las mitocondrias (formas ovaladas violetas) son los orgánulos encargados de producir energía y se hallan presentes en casi todas las células eucariotas, con núcleo (marrón) [iStock/wir0man].

Un nuevo estudio sobre las arqueas de Asgård, unos microorganismos que viven en los sedimentos de las fuentes hidrotermales de Noruega, propone que las mitocondrias, las fábricas energéticas de las células eucariotas, derivan de unas bacterias que se alimentaban de los desechos metabólicos de las arqueas.

¿Qué tienen en común los animales, las plantas, los hongos y los protozoos con los organismos unicelulares? Son eucariontes, uno de los tres dominios principales del árbol de la vida; los otros dos son las bacterias y las arqueas. Aunque se conocen numerosas ramificaciones de la gran rama de los eucariontes, el modo en que estos se originaron sigue siendo un enigma. Las células de este dominio tienen varias características propias, como un núcleo (de ahí su nombre) y mitocondrias, pequeños orgánulos que proporcionan energía a las células. El misterio sobre el origen de estos dos compartimentos todavía no se ha resuelto. Sin embargo, basándose en estudios genómicos, Anja Spang, de la Universidad de Uppsala, y sus colaboradores acaban de plantear una nueva hipótesis sobre el origen de las mitocondrias que contradice la comúnmente aceptada.

Hoy en día, los biólogos coinciden en que la célula eucariota es el resultado de una simbiosis entre una arquea y una bacteria, y el trabajo de Anja Spang y sus colaboradores no ponen en duda esta idea. Sin embargo, sugieren que el mecanismo que originó esta simbiosis es muy diferente del que se pensaba. El equipo se centró en una rama particular de las arqueas descubierta en 2015 en sedimentos profundos de fuentes hidrotermales situadas entre Groenlandia y Noruega: las arqueas de Asgård. Estos microorganismos con los nombres evocadores de Loki, Thor, Odin y Heimdall serían los parientes más cercanos de los eucariontes: aunque carecen de núcleo y de mitocondrias, contendrían compartimentos internos con membrana y proteínas que se consideraban específicos de los eucariontes, como el citoesqueleto y las proteínas que lo regulan. Al menos eso es lo que han revelado los estudios genómicos de las muestras, ya que hasta ahora nadie ha podido aislar un miembro de esta familia.

De modo que Anja Spang y sus colaboradores también analizaron el genoma de estas arqueas y, más específicamente, los genes que codifican las enzimas implicadas en el metabolismo, el conjunto de reacciones químicas mediante las cuales el organismo produce los componentes y la energía que necesita para vivir. Su idea consistía en comparar estos genes en diferentes tipos de arqueas para reconstruir su historia evolutiva. Se dieron cuenta de que, de una familia a otra, las arqueas de Asgård utilizaban mecanismos diferentes, pero con una característica en común: todos emplearían materia orgánica como sustrato y rechazarían, en diferentes grados, los electrones, el hidrógeno y otros compuestos reducidos. En otras palabras, las arqueas de Asgård serían principalmente heterótrofos: necesitarían un suministro externo de materia orgánica para producir su energía y sus componentes.

Las mitocondrias, por otro lado, se asemejan a una familia de bacterias, las alfaproteobacterias, algunos de cuyos miembros producen enzimas especializadas en el metabolismo del hidrógeno. De ahí el nuevo modelo propuesto: las arqueas ancestrales vivirían gracias al consumo de ciertas moléculas orgánicas del entorno, como ácidos grasos, alcanos o compuestos aromáticos. Al hacerlo, liberarían hidrógeno y otros productos, que a su vez serían utilizados por las alfaproteobacterias ancestrales. Se establecería así una simbiosis que, por coevolución, se habría convertido en una endosimbiosis, probablemente sellada a posteriori por genes de otras bacterias (adquiridos mediante transferencia horizontal). En cambio, en el modelo vigente hasta ahora, que no tenía en cuenta estas consideraciones metabólicas, la bacteria era la proveedora de hidrógeno de las arqueas.

Este modelo no explica el origen del núcleo y de otros orgánulos con membrana de las células eucariotas. Pero para Maureen O'Malley, de la Universidad de Burdeos, Michelle Leger, del Instituto de Biología Evolutiva de Barcelona, y sus colaboradores, este enigma se aclararía si el origen de los eucariontes se entendiera de otra forma: el último ancestro común de los eucariontes pudo no haber sido una sola célula que adquiriera los atributos específicos de los eucariontes, sino una población de células con diferentes dotaciones genéticas. Ninguno de ellos habría tenido todos los atributos eucariotas por sí solo, pero sí la población en su conjunto. ¿Se trata de una pista para llegar por fin a la base de la rama de los eucaritas?

Marie-Neige Cordonnier

Referencia: «Proposal of the reverse flow model for the origin of the eukaryotic cell based on comparative analyses of Asgard archaeal metabolism». A. Spang et al. en Nature Microbiology, publicado en línea, abril de 2019.

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