¿Las bacterias iniciaron la evolución de la vida multicelular?

Casi siempre se acusa a las bacterias de ser agentes infecciosos, pero los científicos están descubriendo cada vez más beneficios, como mantener sanos nuestro intestino.

Un nuevo estudio sugiere ahora que las bacterias también podrían haber ayudado a iniciar uno de los eventos clave de la evolución: el salto de los organismos unicelulares a multicelulares, un desarrollo que finalmente llevó a los animales, incluyendo a los humanos.

Salpingoeca rosetta © Crédito: Nicole King

Publicado este mes en la edición inaugural de la nueva revista en línea eLife, el estudio realizado por científicos de la Universidad de California, Berkeley, y la Facultad de Medicina de Harvard, implica a coanoflagelados (también conocidos como “coanos”), los parientes vivos más cercanos de los animales. Estos organismos microscópicos unicelulares portan una larga cola o flagelo, tentáculos para atrapar alimento y son miembros de la comunidad de plancton del océano. Como nuestro pariente vivo más cercano, los coanos ofrecen una visión clave en la biología sobre su último ancestro común con los animales, un organismo unicelular o colonial que vivió y murió hace unos 650 millones de años.

“Los coanoflagelados evolucionaron poco después del origen de los animales y pueden ayudar a revelar la evolución de  los primeros”, dice la autora sénior Nicole King, profesora asociada en la UC Berkeley de biología molecular y celular.

Desde que empezara a estudiar los coanoflagelados como posdoctorada, King ha estado tratando de descubrir por qué algunos coanoflagelados pasan sus vidas como células aisladas, mientras que otros forman colonias. Tras años de vías muertas, King y el estudiante Richard Zuzow descubrieron por accidente una especie anteriormente desconocida de bacterias que estimula un coanoflagelado, Salpingoeca rosetta, para que forme colonias. Debido a que las bacterias abundaban en los océanos  cuando evolucionaron los primeros animales, el hallazgo de que las bacterias influyen en la formación de colonias de coanos significa que es plausible que las bacterias también ayudasen a estimular la pluricelularidad en los ancestros de los animales.

“Me sorprendería que las bacterias no tuviesen influencia en los orígenes de los animales, dado que la mayor parte dependen de las señales de las bacterias para alguna parte de su biología”, dice King. “La interacción entre las bacterias y los coanos que hemos descubierto es interesante por razones evolutivas, para comprender cómo interactúan las bacterias con otros organismos en los océanos y, potencialmente, descubrir mecanismos mediante los cuales nuestras bacterias comensales nos envían señales”.

Nadie está seguro de por qué los coanoflagelados forman colonias, dice una de las autoras principales del estudio, la becaria de posdoctorado de la UC Berkeley Rosanna Alegado. También puede ser una manera efectiva de aprovechar una abundante fuente de comida: en lugar de coanoflagelados aislados desplazándose en busca de bacterias de las que alimentarse, pueden formar una “Estrella de la Muerte” que se alimente de forma más eficiente de bacterias situándose en el centro de la fuente de alimento y se la coma.

Sean cuales sean las razones, las colonias de organismos unicelulares pueden haber abierto el camino hacia unos conglomerados multicelulares permanentes y, finalmente, hacia organismos que constan de distintos tipos de células especializadas para funciones específicas.

Secuenciando el genoma de los coanoflagelados

La búsqueda que ha llevado a cabo King desde hace 12 años del disparador del desarrollo de las colonias de coanoflagelados se reinició en 2005 cuando empezó a preparar cultivos de coanoflagelados S. rosetta para un proyecto de secuenciación del genoma. El secuenciado de otro coanoflagelado, el unicelular Monosiga brevicollis, dio algunas pistas sobre los orígenes animales, pero tenía que comparar su genoma con el de coanoflagelados que forman colonias.

Sorprendentemente, cuando Zuzow trató de aislar los coanoflagelados formadores de colonias añadiendo antibióticos a la placa de cultivo para matar a las bacterias residuales, pasaban cosas raras, comenta King.

“Cuando trató el cultivo con un cóctel de antibióticos, vio un estallido en la formación de colonias de rosetas”, dijo en referencia a las colonias en forma de pétalo de rosa que quedaron flotando en el medio de cultivo. “Cuando los trató con un cóctel de antibióticos distinto, aniquiló por completo la formación de colonias”.

Esta “observación bastante mundana, pero accidental” llevó a Zuzow y Alegado a investigar más y descubrir que solo especies específicas de bacterias dentro del cultivo estimulaban la formación de colonias. Cuando otras bacterias las superan en número, o cuando los antibióticos las aniquilan, se detiene la formación de colonias. Alegado identificó a las bacterias formadoras de colonias como la nueva especie, Algoriphagus machipongonensis. Aunque encontró que otras bacterias del género Algoriphagus también podían estimular la formación de colonias, otras bacterias como E. coli, común en los intestinos humanos, no pueden.

Trabajando junto a Jon Clardy de la Facultad de Medicina de Harvard, químico de productos naturales, los dos laboratorios identificaron una molécula – un ácido graso combinado con un lípido, al que llaman RIF-1 – que se sitúa sobre la superficie de la bacteria y que es el disparador del desarrollo de las colonias producido por las bacterias.

“Esta molécula puede estar delatando la presencia de bacterias”, dice Alegado. “Las bacterias se sitúan alrededor expulsando pequeñas burbujas de membrana, y si una de ellas tiene esta molécula, los coanoflagelados dicen todos de pronto, ‘¡Ajá, hay algunas bacterias por aquí cerca!’”.

La señal inicia un programa predeterminado en los coanoflagelados que lleva a la división celular y el desarrollo de las rosetas, apunta. La molécula RIF-1 es notablemente potente; los coanos detectar y responden a ella a unas densidades que son de una mil millonésima de la menor concentración de azúcar que pueden detectar los humanos en el agua.

“Estamos investigando esta molécula desde muchos frentes. ¿Cómo y por qué la crean las bacterias? ¿Cómo responden a ellas los coanoflagelados, y por qué?”, se pregunta King. Tanto ella como su equipo también están analizando el genoma de los coanoflagelados formadores de colonias y las bacterias que inducen esta formación, buscando pistas sobre su interacción.

King espera que esta inesperada señalización entre bacterias y coanoflagelados pueda arrojar alguna idea sobre otras formas en las que las bacterias influyen en la biología, particularmente en la de los intestinos.

Fuente: Ciencia Kanija - UC Berkeley