20 octubre, 2011

Manteniendo a los endosimbiontes bajo control

gorgojo

Casi todos los animales tienen bacterias viviendo en su interior, gracias a ellas los pandas pueden alimentarse del bambú, los humanos pueden sintetizar la vitamina K y los pulgones pueden cambiar el color de su piel. Pero las bacterias no son organizaciones benéficas que sólo reparten favores, ellas también se ven beneficiadas al recibir protección y nutrientes por parte de su hospedero, generándose así una estrecha relación llamada endosimbiosis.

Sin embargo, por más beneficiosas que sean y a pesar de estar ‘autorizadas’ para vivir dentro de los animales, las bacterias no dejan de ser agentes biológicos extraños capaces de activar algún tipo de respuesta inmunológica. Para evitar esto, las bacterias endosimbiontes y sus hospederos deben haber evolucionado conjuntamente a través de cambios genéticos que les permiten adaptarse mutuamente. Por ejemplo, una característica común de las bacterias endosimbiontes es la pérdida de los genes que codifican para los lipopolisacáridos (LPS), unas moléculas altamente tóxicas que se expresan en la membrana externa de ciertas bacterias —las Gram negativas.

La mayoría de los estudios sobre las adaptaciones endosimbióticas se orientan hacia los cambios ocurridos a nivel de la bacteria, mas no en el hospedero. En un estudio publicado hoy en Science, un grupo de investigadores franceses de la Universidad de Lyon estudiaron la estrecha relación que hay entre un gorgojo y su bacteria endosimbionte, enfocándose en las adaptaciones acarreadas por el insecto para mantenerlas controladas y confinadas en regiones específicas de su cuerpo.

Los gorgojos (Sitophilus sp.) mantienen una estrecha relación simbiótica con una bacteria Gram negativa denominada SPE (Sitophilus primary endosymbiont ó endosimbionte primario del gorgojo). Esta asociación es relativamente reciente —data de hace unos 20 millones de años— comparada con otras asociaciones insecto-bacteria, como la de Buchnera y los áfidos que se dio hace unos 200 millones de años. La asociación es tan reciente que la bacteria puede generar una respuesta inmunológica si es inyectada directamente en la hemolinfa (la sangre de los insectos).

Los endosimbiontes se encuentran confinados dentro de unas células especializadas llamadas bacteriocitos los cuales se agrupan para formar los bacteriomas. Estas estructuras tienen la capacidad de activar la expresión de un péptido antimicrobiano llamado coleoptericina-A (ColA). Los investigadores observaron que la ColA estaba presente en prácticamente todos los tejidos del gorgojo, incluso dentro de los bacteriomas y en el citoplasma de las bacterias, lo cual era extraño porque se suponía que era un péptido antimicrobiano.

SPE

Cuando administraron la ColA en cultivos aislados de SPE del gorgojo del arroz y del maíz, los investigadores observaron que las bacterias adquirían una extraña forma alargada. Esta característica era similar a la observada en otras asociaciones endosimbióticas, por ejemplo: la que se da entre los Rhizobium y las legumbres. En el caso de los Rhizobium, el alargamiento se da porque una molécula de la legumbre conocida como NCR (péptidos ricos en cisteína específicos del nódulo), inhiben la división de la bacteria mas no la replicación de su ADN. Los investigadores observaron que la ColA también presentaba la misma  función. Entonces, las bacterias en vez de dividirse y multiplicarse fuera de control, se alargaban a medida que acumulaban más copias de ADN, manteniendo controlado su número.

Aquí se puede observar claramente un ejemplo de evolución convergente, donde dos péptidos completamente diferentes, presentan la misma función en animales y plantas.

Pero, quedaba una interrogante más por resolver: ¿qué pasaría si los gorgojos no tuvieran la ColA?. Para responder a esta pregunta, los investigadores bloquearon la expresión de este gen usando un ARN de interferencia. Cuando la ColA no estaba presente, las SPE ya no presentaban formas alargadas y lograban ‘escapar’ de su confinamiento en los bacteriomas, diseminándose por otros tejidos. Sin embargo, esta fuga de prisioneros no era fatal para el gorgojo.

Con estos resultados se puede concluir que los gorgojos se han adaptado a sus simbiontes manteniendo activa la coleoptericina-A, un péptido con la capacidad de controlar el número de bacterias simbiontes y evitando que se diseminen por todo su cuerpo, manteniéndolas confinadas en estructuras especializadas llamadas bacteriomas.


Referencia:

ResearchBlogging.orgLogin, F., Balmand, S., Vallier, A., Vincent-Monegat, C., Vigneron, A., Weiss-Gayet, M., Rochat, D., & Heddi, A. (2011). Antimicrobial Peptides Keep Insect Endosymbionts Under Control Science, 334 (6054), 362-365 DOI: 10.1126/science.1209728

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