El ancestro unicelular de los animales ya disponía de los mecanismos internos básicos para originar distintos tipos de tejidos

Buenos Aires-(Nomyc)-La ameba Capsaspora owczarzaki no solo posee los génes responsables de la diferenciación celular, propia de los seres pluricelulares, sino también las herramientas moleculares que le permiten que estos génes se expresen o no.

Los primeros animales evolucionaron a partir de sus ancestros unicelulares hace unos 800 millones de años, pero nuevas investigaciones indican que este salto hacia los organismos pluricelulares en el árbol de la vida puede que no fuera tan drástico como se suponía.

En un trabajo reciente, un grupo de investigadores del Instituto de Biología Evolutiva (IBE) y del Centro de Regulación Genómica (CRG), en Barcelona, demuestran que el ancestro unicelular de los animales, de manera  probable, ya poseía algunos de los mecanismos que las células animales utilizan hoy para dar lugar a los diferentes tipos de tejidos.

Los investigadores se centraron en la ameba “Capsaspora owczarzaki”, un organismo unicelular cercano a los animales pluricelulares actuales y que vive como huésped que vive en un caracol de agua dulce.

Este organismo se ha utilizado antes por el grupo de uno de los autores, Iñaki Ruiz-Trillo, del IBE, para aprender más sobre la evolución de los animales.

En trabajos anteriores, secuenció el genoma de Capsaspora y descubrió que contenía muchos genes que, en los animales, están relacionados con funciones pluricelulares.

Al tratarse de un organismo unicelular, Capsaspora no puede presentar tipos celulares diferentes al mismo tiempo, como los humanos. Sin embargo, un individuo de Capsaspora puede cambiar su tipo celular a lo largo del tiempo y pasar de una ameba solitaria a una colonia agregada de células o, a lo largo de su ciclo biológico, puede adquirir una forma quística, es decir de resistencia ante condiciones adversas.

El nuevo estudio explora hasta qué punto Capsaspora utiliza los mismos mecanismos para controlar la diferenciación de su célula como lo hacen los animales para controlar la especialización de las células en diferentes tejidos.

Los investigadores analizaron las proteínas de Capsaspora para determinar cómo el organismo puede regular sus procesos internos en los diferentes estadios de su vida.

El genoma ofrece las instrucciones para construir una célula, pero la información que nos proporciona el proteoma permite comprender cómo funcionan las células en realidad.

“La proteómica basada en espectrometría de masas nos permite medir qué proteínas se están expresando y cómo estas están siendo modificadas”, comenta Eduard Sabidó, del CRG.

“La señalización intracelular depende de estas modificaciones en las proteínas, así que, gracias a este tipo de análisis, sabemos no solo qué hay en la célula, sino también cómo esta se organiza y se comunica internamente” agrega.

Los mismos mecanismos de diferenciación celular                                                                                                                                                    Los autores descubrieron que, de un estadio a otro, el conjunto de proteínas de Capsaspora experimenta grandes cambios, y el organismo utiliza en gran parte las mismas herramientas que las que usan los animales pluricelulares para regular estos procesos celulares.

De este modo, Capsaspora activó factores de transcripción y un sistema de señalización tirosina-cinasa en diferentes estadios para regular la formación de proteínas.

“Estos son los mismos mecanismos que utilizan los animales para diferenciar un tipo celular de otro, pero no se habían observado antes en organismos unicelulares”, comenta Ruiz-Trillo.

La presencia de estas herramientas para regular las proteínas tanto en Capsaspora como en los animales significa que el ancestro unicelular de todos los animales probablemente poseía estos sistemas, y era más complejo de lo que los científicos sospechaban hasta la fecha.

“El ancestro ya tenía las herramientas que la célula necesitaba para diferenciarse y dar lugar a distintos tejidos”, explica Sabidó.

“Las células que existían antes que los animales estaban más o menos preparadas para dar ese salto evolutivo” agrega Sabidó.

Los científicos ubican el gen que nos hace suceptibles a la bacteria que causa la gastroenteritis                                                                         En la investigación, los científicos usaron la técnica de edición genética CRISPR/Cas9 para modificar los más de 20 mil génes humanos y encontrar nuestro punto débil ante la Vibrio parahaemolyticus.

La Vibrio parahaemolyticus es una bacteria marina que se ha transformado en un dolor de cabeza para la salud pública y para la industria acuícola por las pérdidas económicas que genera: es una de las principales causas de gastroenteritis por consumo de alimentos marinos contaminados. Según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades en Estados Unidos, CDC, esta bacteria genera 45 mil casos de vibriosis al año en ese país.

Ahora, un nuevo estudio ha identificado un gen que nos hace susceptibles a este microorganismo, que una vez ingerido prácticamente arrasa con las células de nuestro intestino y provoca episodios de diarrea intensa.

El estudio, publicado en Cell Host & Microbe, se enfocó en editar los más de 20 mil génes humanos en busca de aquellos que nos hacen susceptibles a este Vibrio.

Los investigadores utilizaron la técnica de edición genética CRISPR que a través de la proteína Cas9 puede suprimir, reparar o reemplazar génes determinados de forma más fácil y rápida que otras técnicas.

Rastreo del Genoma                                                                                                                                                                                                 Lo novedoso de este estudio es que aprovecha la tecnología CRISPR/Cas9, que se ha utilizado principalmente para eliminar alguna característica puntual en un genoma,  para hacer un rastreo de genes a nivel del genoma completo, explica Miguel Allende, biólogo y director del Centro de Regulación del Genoma de la Universidad de Chile, quien no participó en la investigación.

“No se trata de presuponer cuáles genes serán importantes, sino que los examina a todos por igual”, agrega. A su juicio, esta es “una forma elegante, aunque laboriosa” de encontrar moléculas que nos hacen susceptibles a la infección por esta bacteria.

Para Jaime Martínez-Urtaza, profesor en infección e inmunología en The Milner Centre for Evolution de la Universidad de Bath, en el Reino Unido, la novedad de este estudio radica además en que “centra sus esfuerzos en identificar los procesos y factores que se requieren en el hospedador para que la infección tenga éxito”.

Así, aplicando la técnica CRISPR/Cas9 al ADN de células intestinales humanas en el laboratorio, los científicos descubrieron que un gen particular–el SLC35C1– es un actor protagonista en la susceptibilidad de nuestro organismo al Vibrio parahaemolyticus. Resulta que dicho gen es el responsable de que las células intestinales tengan a su alrededor un tipo específico de azúcar llamado fucosa.

El Vibrio parahaemolyticus, por su parte,  posee en su superficie unas extensiones en forma de jeringas que son capaces de inyectar proteínas tóxicas a las células intestinales y con ello destruirlas, pero dichas jeringas tienen un problema: solo son capaces de inyectar su toxina en células que tienen fucosa en su superficie.

Al inactivar el gen, tal como se hizo en este estudio, se logra que las células no presenten ese azúcar en su membrana.

“Si nosotros tenemos células incapaces de tener fucosa en la superficie es como si el Vibrio no pudiera ver a nuestras células intestinales”, afirma el bioquímico chileno Carlos Blondel, quien lideró este estudio como parte de su investigación postdoctoral en el Hospital Brigham and Women’s y la Escuela de Medicina de Harvard en Boston, Estados Unidos. Las células, entonces, “no mueren y son totalmente resistentes a la bacteria”.

Eso sí, anular la presencia de fucosa en la membrana de las células no es un camino directo para combatir los efectos que la bacteria tiene sobre la salud. La fucosa es un azúcar esencial que nuestro cuerpo necesita para el adecuado funcionamiento de nuestras células y la forma en que ellas se comunican.

Sin embargo, Blondel explica que se podría pensar en desarrollar terapias con fármacos que permitan interferir en la interacción entre la toxina de este Vibrio y los azúcares de la superficie de nuestras células intestinales.

El científico también sugiere que investigaciones como la suya abren la puerta al análisis de otros microorganismos con sistemas de infección similares al del Vibrio parahaemolyticus, y mucho más peligrosos, como Yersinia, Clamidia, Pseudomonas y Shigella, entre otros.

A nivel más aplicado, este tipo de investigaciones podría ayudar a desarrollar en el futuro kits de diagnóstico para saber si algunos productos marinos están infectados con el Vibrio parahaemolyticus, dice Blondel.

“Y por qué no, estos hallazgos pueden aportar para su uso en biomedicina, por ejemplo, al atacar tumores cuyas células cancerígenas tienen altos niveles de fucosa”, concluye el investigador.                                                                                                                                         Nomyc-24-10-16