Encontrado el primer animal sin ADN mitocondrial

Stephen Douglas Atkinson 

Científicos israelíes han descubierto el primer sin ADN mitocondrial. Estos animales resultaron ser un pequeño invertebrado llamado Henneguya salminicola. Sus mitocondrias perdieron la capacidad de producir sus propias proteínas y respirar con la ayuda de oxígeno, por lo tanto, no pueden llamarse mitocondrias en el sentido estricto de la palabra.

Junto con ellos, la mayoría de los genes responsables de estos procesos desaparecieron del genoma nuclear. La razón de la pérdida de mitocondrias probablemente fue la vida en un ambiente libre de oxígeno: la H. salminicola parasita dentro del cuerpo de gusanos y peces, donde es completamente opcional poder respirar. El trabajo fue publicado en PNAS.

Contexto

Una de las etapas importantes en el origen de los eucariotas (organismos “nucleares”) fue la adquisición de mitocondrias. Aparentemente, una vez fueron bacterias, pero luego se asentaron dentro de futuras células eucariotas y gradualmente perdieron su autonomía. En los eucariotas modernos, las mitocondrias aún pueden multiplicarse y respirar (es decir, usar oxígeno para extraer energía de las moléculas orgánicas), pero no pueden sostenerse por completo.

A pesar del hecho de que retuvieron los restos de ADN bacteriano, algunas de las proteínas que tienen que obtener del citoplasma de la célula, y los genes correspondientes migraron al genoma nuclear.

Durante mucho tiempo, se creía que las mitocondrias eran características de absolutamente todos los eucariotas. Sin embargo, en 2016, científicos checos describieron al primer eucariota completamente desprovisto de mitocondrias, los monocercomonoides protistas, que aislaron de los intestinos de las chinchillas.

Además, para ese momento ya se sabía que en muchos eucariotas unicelulares que viven en un ambiente libre de oxígeno, las mitocondrias perdieron parcialmente sus funciones. Al mismo tiempo, cambiaron más allá del reconocimiento, convirtiéndose en orgánulos similares a las mitocondrias: vesículas de membrana sin ADN, ribosomas y crestas (pliegues necesarios para la respiración de oxígeno). Algunos de ellos se llaman mitosomas y otros hidrogenosomas (porque aprendieron a obtener energía sin oxígeno, produciendo hidrógeno en la salida).

La nueva investigación

Sin embargo, hasta ahora todas estas transformaciones mitocondriales han sido conocidas solo en protistas unicelulares. En animales multicelulares, se detectaron invariablemente mitocondrias completas. Ahora, un grupo de científicos de la Universidad de Tel Aviv bajo el liderazgo de Dorothée Huchon ha proporcionado pruebas completas de que los animales, incluidos los organismos multicelulares, también pueden verse privados de mitocondrias.

El objeto de su estudio fue un mixozoico-rastrero parasitario. En comparación con sus parientes más conocidos, las hidras y las medusas, los Myxozoa han tomado el camino de la simplificación radical. Solo quedaron tres tipos de células en sus cuerpos, y en algunas etapas de desarrollo representan una gran célula multinucleada, por lo que no fueron reconocidas como multicelulares durante mucho tiempo.

Izquierda: tinción de ADN. A - M. squamalis (mitocondrias visibles), B - H. salminicola (solo ADN nuclear). Derecha: C: microscopía electrónica, orgánulo similar a mitocondrias en la célula de H. salminicola.
Yahalomi et al. / PNAS, 2020

Durante su ciclo de vida, los mixozoos parasitan alternativamente peces y anélidos, pasando casi todo el tiempo en condiciones anaeróbicas. Para averiguar qué sucede con sus mitocondrias, los investigadores compararon dos especies de agua dulce estrechamente relacionadas que parasitan a los peces salmones: Henneguya salminicola y Myxobolus squamalis.

Al secuenciar sus genomas, los científicos encontraron un ADN mitocondrial circular típico en M. squamalis, pero no se encontró lo mismo en la H. salminicola. Esto podría deberse al ensamblaje incorrecto del genoma secuenciado, por lo que los investigadores confirmaron sus observaciones mediante microscopía.

Después de tratar las células con mixa, el colorante DAPI, que se une selectivamente al ADN, notaron que solo los núcleos se tiñen en H. salminicola, a diferencia de M. squamalis, en el que se pueden observar pequeñas manchas de ADN mitocondrial. Al mismo tiempo, mediante microscopía electrónica, confirmaron que las células de H. salminicola tienen estructuras que son visualmente similares a las mitocondrias: sacos de dos miembros con pliegues de la membrana interna.

La diferencia genética

Para averiguar de qué funciones son capaces las mitocondrias de H. salminicola, los científicos verificaron cuántos genes que antes eran mitocondriales se conservaron en su ADN nuclear. Resultó que, entre los genes asociados con el metabolismo, sobrevivieron 51 genes (y 57 en M. squamalis). Es cierto que solo 7 de los genes asociados con la respiración permanecieron en el ADN nuclear de H. salminicola (18-25 para otros), y los que codificaron proteínas para el transporte de electrones y la unión de oxígeno se “perdieron”.

Además, entre los 58 genes que son responsables de copiar el ADN mitocondrial en la mixa, solo 6 permanecieron en H. salminicola (41 en M. squamalis). Esto significa que las mitocondrias “simplificadas” de H. salminicola no han perdido por completo sus funciones: son capaces, por ejemplo, de descomponer los carbohidratos, pero no pueden recibir energía usando oxígeno, ni producir sus propias proteínas mitocondriales.

Un hallazgo importante para los científicos fue un gen que codifica una de las subunidades de la polimerasa, una proteína que debería copiar el ADN en las mitocondrias. En el genoma nuclear de H. salminicola, este gen se convirtió en un pseudogen; en él surgieron mutaciones de tres puntos que impiden que funcione. Esto significa que los genes necesarios para la reproducción de las mitocondrias estuvieron alguna vez en el núcleo de H. salminicola.

Conclusiones

Por lo tanto, en las células de H. salminicola hay un orgánulo similar a las mitocondrias. Tiene más funciones que el mitosoma, y ​​tampoco es similar al hidrogenosoma, pero no puede llamarse mitocondrias completas debido a la falta de un genoma y la incapacidad de respirar usando oxígeno.

Aparentemente, los genes mitocondriales fueron víctimas de la simplificación: en comparación con otros genes llamativos, los mixozoos perdieron la mayoría de sus órganos y tipos de células y, al no detenerse allí, comenzaron a deshacerse de los genes “extra” en el núcleo y otros orgánulos. Esto fue facilitado por el medio ambiente dentro de sus organismos huéspedes: hay muy poco oxígeno dentro de los músculos blancos de los peces, y para sobrevivir allí, no es necesario poder respirar.

Ahora sabemos que entre los animales multicelulares hay organismos sin mitocondrias verdaderas. Lo más probable es que este no sea el último descubrimiento: algunos gusanos anaeróbicos y loríferos marinos pueden convertirse en el próximo. Se sospecha la presencia de hidrogenosomas, pero hasta ahora solo sobre la base de la microscopía, aún no se ha obtenido la confirmación genética de estas conjeturas.

 

Victor Román
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma.

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