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Los pulgones usan genes bacterianos procedentes de bacterias ancestrales para poder mantener a una bacteria simbiótica.

Pulgones. Foto: elvis_payne, vía Flickr.

La mayoría de los áfidos, insectos chupadores de savia generalmente conocidos como pulgones y el azote de los jardineros, contienen dentro de sus cuerpos bacterias simbióticas. Estas bacterias viven dentro de células especializadas llamadas bacteriocitos y son vitales para los áfidos al proporcionar aminoácidos esenciales que son escasos en la dieta de los pulgones. Algunas especies tienen como simbionte a la bacteria Buchnera aphidicola. Hace algún tiempo se descubrió que el genoma de estas bacterias era de los más pequeños del mundo biológico.
Ahora unos científicos sugieren que la habilidad de los áfidos para mantener estas bacterias depende de genes que el insecto adquirió en el pasado mediante transferencia genética horizontal (TGH) de esta especie de bacteria y de otras diferentes.
Atsushi Nakabachi del instituto RIKEN de Japón y sus colaboradores descubrieron previamente que dos conjuntos de secuencias de ARN mensajero del bacteriocito del pulgón del guisante (Acyrthosiphon pisum) que estaba codificado en el genoma del áfido eran muy similares a genes bacterianos.
Nakabachi y Naruo Nikoh de la Universidad Abierta de Japón analizaron estas secuencias de un modo completo y detallado gracias a experimentos RT-PCR que determinaron cuantitativamente los niveles de expresión genética en los bacteriocitos del insecto.
Las pruebas señalan a una TGH de bacterias al áfido. Además, los análisis filogenéticos muestran que estos genes provienen de otra bacteria distinta a la que ahora albergan los áfidos que estaría estrechamente emparentada con Wolbachia, un microorganismo simbiótico común que infecta a una alta proporción de insectos. La variedad de pulgones analizadas en el estudio está libre de Wolbachia o de bacterias similares, pero la transferencia genética puede ser un remanente de una infección de un pasado distante.

Foto de unos pulgones atrapados por gotas de lluvia. Foto: nutmeg66, vía Flickr.

Además el estudio sugiere que los áfidos adquirieron también genes de Buchnera, su actual simbionte. Buchnera aphidicola ha perdido muchos genes, entre los que se cuentan algunos que parecen ser esenciales para la vida de la bacteria. El resultado es uno de los genomas más pequeños conocidos, con sólo 420.000 bases.
La asociación simbiótica entre pulgones y Buchnera se remonta a hace 100 millones de años y ha estado evolucionando desde entonces de tal modo que ni la bacteria ni el pulgón pueden vivir uno sin el otro.
Según Nakabachi, lo interesante en este caso es que la transferencia horizontal de genes no sólo retiene la funcionalidad de esos genes, sino que son altamente expresados en los bacteriocitos, que son células diferenciadas y especializadas en contener estas bacterias que carecen de esos genes.

Hay una gran variedad de pulgones que tienen diferentes colores y a veces se les puede confundir con otros insectos y artrópodos. Esta foto de unos diminutos colémbolos de sólo 0,75mm, incluida por motivos artísticos, hace que por unos momentos, estas criaturas nos caigan simpáticas. Esta instantánea y la anterior, también de singular belleza, representan un vistazo a ese increíble microcosmos que tenemos al lado y que muchas veces ignoramos. Foto: amuderick, vía Flickr.

No deja de ser sorprendente recapitular sobre esta historia. Unos pulgones ancestrales estaban infectados por una especie bacteria de las cuales tomó prestados algunos de sus genes. Después usó a otra especie de bacteria para llegar a un nuevo acuerdo de simbiosis. A lo largo de 100 millones de años la relación ha llegado al punto en el que esta bacteria simbionte ha delegado parte de su genética en el pulgón, que utiliza los genes robados a la especie de bacteria previa y a la nueva para poder mantener a esta bacteria de genoma atrofiado que es incapaz ya de vivir por sí misma. No cuesta mucho imaginar a estas bacterias convertidas en simples orgánulos celulares o integradas completamente en el genoma del insecto dentro de otros 100 millones de años. Una vez más vemos la evolución en marcha, un fotograma instantáneo de un largo y lento proceso.
La transferencia genética horizontal ocurre cuando el material genético de una especie pasa a otra y ésta es capaz de transmitirlo a su descendencia. Este proceso, que hasta hace poco no se creía que se diera de manera natural (o sólo entre bacterias), representa el mayor impacto reciente en la visión que tienen los biólogos sobre los árboles filogenéticos.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original (en abierto).
Genoma enano nos habla de los límites de la vida.
El secreto de la bacteria gigante.