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A FONDO El genoma microbiano mínimo: ¿camino sin retorno? Núm. 150 - Diciembre 2006 Cuestiones sobre el origen y definición de la vida pueden ser respondidas desde perspectivas diversas: termodinámica, fisiológica, metabólica, bioquímica o genética. Esta última se centra en la caracterización de los flujos de información y en los ácidos nucleicos y proteínas que vehiculan. Los esfuerzos por consolidar estas perspectivas conducen a una definición derivada de la denominada teoría celular, fundamentada en tres elementos básicos: la presencia de un límite semipermeable (la membrana celular), un aparato de producción de energía y un sistema de transformación y gestión de la información (el proteoma y el genoma). Estas premisas mínimas definen al organismo celular más simple posible. Pero, como veremos, esto es tan sólo la teoría. La plasticidad de la naturaleza y la potencialidad inherente a la evolución han permitido colmar el mundo de seres vivos que están en una verdadera interfase, que cumplen parte de esos requisitos, pero carecen de otras para sobrevivir y prosperar de manera autónoma. Uno de los mecanismos que ha promovido la aparición de estos organismos es la endosimbiosis: un ejemplo de ello lo proporcionan las bacterias, que viven permanentemente en tejidos especializados de insectos y que se transmiten de generación en generación. Pero, ¿cómo han evolucionado los genomas de estos organismos durante millones de años con el fin de consolidar una relación simbiótica perfeccionada? Esta es una de las líneas de investigación en que trabaja un grupo del Instituto Cavanilles de Valencia, coordinado por Amparo Latorre y Andrés Moya. El genoma microbiano mínimo: ¿camino sin retorno? En el estudio mencionado, publicado recientemente por la revista Science, científicos del Instituto Cavanilles de Biodiversidad y Biología Evolutiva de la Universidad de Valencia, describen en detalle el genoma de una bacteria, en simbiosis con pulgones, caracterizada por su reducción genómica. Esta reducción es habitual en bacterias endosimbióticas, como consecuencia de su adaptación a la vida intracelular en insectos. En esta asociación, el microorganismo proporciona nutrientes esenciales que completan la dieta del animal que, a su vez, facilita un ambiente protegido y estable a las bacterias. Lo que queda por resolver es si la reducción tiene un límite claro o si se trata de una vía que lleva a la extinción del microorganismo y a su sustitución por otro simbionte. Otra pregunta aún abierta es saber si la disminución en el tamaño de estos genomas es consecuencia de una selección natural que lo favorezca. Con este objetivo, los investigadores valencianos utilizaron como modelo la bacteria Buchnera aphidicola BCc, incluida como simbionte primario en el pulgón del cedro Cinara cedri que, además, siempre contienen una segunda especie de bacteria simbiótica, Serratia symbiotica. En estas simbiosis, la cooperación hace que muchos genes del simbionte sean redundantes con los de su huésped, por lo que la adaptación hace que algunos de esos genes se pierdan en uno de los dos genomas, reduciéndolo mucho, en determinadas ocasiones. La secuenciación completa de B. aphidicola BCc ha dado como resultado un genoma de menos de 420 Kb, sin disminución de espacios intragénicos. Por tanto, la reducción ha sido básicamente en el número de genes, que ha quedado en tan sólo 362. Los más conservados son los del metabolismo del RNA y los del aparato replicativo, mientras que los codificantes para la maquinaria reparadora se han reducido mucho. La pérdida de genes ha llegado al extremo de que aspectos como la biosíntesis de nucleótidos y cofactores dependen completamente del huésped áfido. Por el contrario, la conservación de las vías metabólicas de los ácidos grasos en Buchnera hace pensar que es la bacteria la que los proporciona al huésped. B. aphidicola BCc ha perdido también la capacidad de síntesis del triptófano, y en este caso es el segundo simbionte, S. symbiotica, el que lo sintetiza para el resto del consorcio. Todas estas evidencias, junto con una tasa de sustitución nucleotídica que muestra selección neutra en el 12% de los genes de Buchnera –como cabría esperar en un pseudogén– nos estarían indicando que esta bacteria está sufriendo un proceso de degradación genómica y reemplazo funcional por parte del segundo simbionte, Serratia. Endosimbiosis y origen de orgánulos celulares La evolución y origen de la célula eucariota, por la complejidad funcional y estructural de sus componentes y orgánulos, ha suscitado desde siempre una fuerte polémica. Hoy día, la teoría más aceptada para explicar su origen es la teoría endosimbiótica, que postula la unión de diferentes tipos de procariotas para cooperar funcionalmente, de manera aislada del medio.1 Hasta hace poco, esta teoría presentaba la limitación de una argumentación teórica muy atractiva pero sin un referente claro en los seres vivos actuales. Trabajos como los que comentamos en este número pueden evidenciar cómo se llevó a cabo ese proceso evolutivo básico y que sus mecanismos siguen funcionando hoy en día. Hace un par de años, el grupo del Instituto Cavanillas ya postuló un número mínimo de 206 genes como los necesarios e imprescindibles para la supervivencia bacteriana de manera autónoma. 2 En el mismo número de Science del artículo que centra este «A fondo» aparece la secuenciación de otro genoma bacteriano muy reducido; en este caso Carsonella ruddii Pv, endosimbionte de otro pulgón. 3 En Carsonella, la reducción genómica bate récords con sólo 159 662 nucleótidos, que representan 182 genes codificantes. Llegados a este punto, nos podemos preguntar si C. ruddii sigue siendo una bacteria o si deberíamos definirla ya como un orgánulo especializado del tipo celular mayoritario (bacteriocito) en un órgano del pulgón denominado bacterioma. NOTAS 1Guerrero, R. y Berlanga, M.: «Life’s unity and flexibility: the ecological link», Int Microbiol 2006; 9 (3): 225-235. 2 Gil, R.; Silva, F.J.; Peretó, J. y Moya, A.: «Determination of the core of a minimal bacterial gene set», Microbiol Mol Biol Rev 2004; 68 (3): 518-537. 3Nakabachi, A.; Yamashita, A.; Toh, H.; Ishikawa, H.; Dunbar, H.E.; Moran, N.A.y Hattori, M. «The 160-kilobase genome of the bacterial endosymbiont Carsonella», Science 2006; 314 (5797): 267. Pérez-Brocal, V.; Gil, R.; Ramos, S.; Lamelas, A.; Postigo, M.; Michelena, J.M.; Silva, F.J.; Moya, A. y Latorre, A.: «A Small Microbial Genome: The End of a Long Symbiotic Relationship?», Science 2006; 314 (5797): 312-313.