NeoFronteras

Célula anfitrión del casi orgánulo Carsonella rudii. Foto: Science.

Unas bacterias simbióticas que viven dentro insectos tienen los genomas más pequeños que hasta ahora se han secuenciado. Parece ser que están a medio camino de convertirse en orgánulos celulares de las células del insecto anfitrión en las que habitan. Además, estos resultados animan el debate sobre el mínimo número de genes necesarios para la vida.
¿Dónde está el límite entre lo vivo y lo no vivo? Es casi tanto como preguntar qué es la vida. Quizás la vida sea un continuo que empieza por arriba, por seres pluricelulares complejos como nosotros, y termina en los virus que no son capaces de tener vida independiente, pero que en medio no podamos definir una frontera perfecta.
Un indicador del grado de complejidad de un ser vivo puede venir dado por el número de genes que contiene su genoma. ¿Cuántos genes se necesitan para tener un organismo vivo? Todavía no lo sabemos con certeza, pero aunque algunos científicos investigan sobre el asunto usando otras vías, una buena manera de intentar averiguarlo es analizar los genomas de los seres más simples que habitan entre nosotros.
Nancy Moran de University of Arizona y sus colaboradores han descubierto una bacteria simbiótica (Carsonella rudii) que vive dentro de las células de un insecto cuyo genoma ha perdido muchísimos de sus genes para terminar siendo el mínimo posible y necesario para su estilo de vida. De hecho, parece que lleva camino de convertirse en un orgánulo celular como los cloroplastos de las plantas o las mitocondrias.
Estas especies de bacteria tienen genomas tan pequeños porque típicamente pasan toda su vida dentro de las células de su anfitrión, y depositan en éstas muchas de las funciones que sí realizarían en una vida independiente. En esta relación simbiótica las bacterias intercambian sustancias con su anfitrión, dan nutrientes a la célula donde habitan, y que ésta no puede sintetizar por sí misma, y a cambio recibe un sitio donde vivir entre otras ventajas. Sólo unos pocos genes son necesarios para esta labor de síntesis. Carsonella rudii vive dentro de unas células especiales en el abdomen de ciertos insectos voladores que viven de la savia de las plantas. Esta relación tan íntima se denomina endosimbiosis. Como esta savia es pobre en algunos aminoácidos que los insectos necesitan, delegan en la bacteria la síntesis de los mismos.
Todavía no sabemos de seguro qué número de genes es realmente el mínimo posible. Mediante daños aleatorios en ciertos genomas, algunos investigadores establecieron hace un tiempo un límite de 300 genes para el genoma mínimo. Hasta ahora no se habían encontrado casos con menos de 500.000 o 600.000 pares de bases. Para comparar podemos recordar que el genoma humano tiene unos 3000 millones de bases.
N. Moran ha descubierto que el genoma de la bacteria Carsonella rudii cuenta tan sólo con 160.000 pares de bases (exactamente 159.662), que a lo sumo suponen 182 genes (que producirían del orden de 182 proteínas). El genoma parece rico en genes para la síntesis de proteínas (aporta al anfitrión, entre otras cosas, el aminoácido leucina), pero carece de otros genes típicos, como los necesarios para la membrana celular, los relativos al metabolismo, o la replicación del ADN. Se podría decir que es más un orgánulo que una bacteria independiente.
Se cree que orgánulos como los cloroplastos o las mitocondrias eran bacterias independientes y que pasaron por un proceso similar hace miles de millones de años. No se creía que este proceso se hubiera vuelto a producir, y menos dentro de células de animales pluricelulares.
Un segundo endosimbionte (Buchnera aphidocola) ha sido encontrado por Amparo Latorre y Pérez-Brocal de la Universidad de Valencia (España), también dentro de otros insectos chupadores de savia (áfidos). Ha resultado ser el segundo en la lista, con un genoma compuesto por 420.000 bases.
Reportan además que esta bacteria ha perdido la habilidad de sintetizar el aminoácido triptófano por lo que especulan que debe de haber otro simbionte que lo produzca. Según estos autores los genomas recientemente descubiertos son tan pequeños que con la actual tecnología se podrían sintetizar artificialmente al completo.
Lo malo es que en ninguno de los dos casos estos organismos pueden vivir de manera independiente, pues dependen casi totalmente del anfitrión para poder vivir.
Craig Venter está investigando en esta línea (aunque no ha participado en estos dos resultados en concreto) y espera que este tipo de organismos ayuden a encontrar el genoma mínimo: el conjunto de genes más pequeño necesarios para generar vida a partir del cual un organismo podría ser diseñado y construido.
Una de las metas de Venter es crear una bacteria que fabrique un combustible como hidrógeno a partir de desperdicios.
Cuando en 2002 Venter anuncio su proyecto estimó en 300 genes los necesarios para llevar a cabo esta tarea, pero parece que la estimación era superior a la realidad. Sobre este hallazgo ha dicho que el genoma de Carsonella rudii es incluso menor que el de virus grandes como el de la viruela, que cuenta con 200.000 bases.
Este año otro grupo de investigadores proponía un genoma mínimo de 113.000 bases y 151 genes.
Se cree que en ese genoma mínimo se necesitan al menos los genes para la replicación, la síntesis de proteínas y síntesis de algunas enzimas fundamentales.
Según Siv Andersson de la Universidad de Uppsala (Suecia) lo que estas bacterias y estos debates sugieren es que el genoma mínimo depende del ambiente en donde viva el organismo en cuestión.
Cada día, como renovados doctores Frankenstein, nos acercamos más al sueño prometeico de crear vida de la nada. El tiempo dirá si somos castigados por los dioses, pero ya sabemos que la consecuencia de morder el fruto del árbol del conocimiento es vernos a nosotros mismos con otros ojos.

Referencias:
Nakabachi A., et al. Science, 314 . 267 (2006).
Pérez-Brocal V., et al. Science, 314 . 312 – 313 (2006).
Forster A. C., et al. Nature Mol. Syst. Biol., 2 . doi:10.1038/msb4100090 (2006).
Universidad de Arizona.
Web de Moran.
Hacia la primera célula mínima sintética.