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La secuenciación del genoma de Naegleria ayuda a comprender cómo fue el primer eucariota, a acotar el genoma mínimo y a analizar rutas metabólicas exóticas que además quizás puedan servir de fuentes de energía.

Naegleria en fase flagelada. Fuente: Lillian Fritz-Laylin, UC Berkeley.

La importancia científica de un descubrimiento o su importancia mediática a veces no coinciden. El descubrimiento de un nuevo fósil de dinosaurio, con o sin plumas, suele tener cierto impacto mediático. Pero los dinosaurios, tan cinematográficos ellos, no son nuestros antepasados biológicos, no deberían tener tanta importancia, aunque exciten nuestra imaginación. Incluso la fauna de Burguess Shale, con sus extrañas criaturas, no suele importar mucho, aunque esté relatada con la magnífica prosa de Steven J. Gould. Por eso, si nos remontamos aún más hacia atrás en el tiempo, y hablamos de microorganismos, es normal que la gente con pocas inquietudes pase del tema en cuestión.
Pero los microorganismos son los reyes de la creación. Fueron los únicos habitantes de este planeta durante miles de millones de años y, aún hoy en día, la vida en la Tierra sería imposible sin ellos. Somos poco más o menos que agregados sofisticados de microorganismos. En cada célula de nuestro cuerpo todavía viven en endosimbiosis las mitocondrias, unas bacterias degeneradas que nos proporcionan energía. Incluso ignorando este hecho, usted, amigo lector, tiene en su cuerpo 10 bacterias por cada célula somática.
La historia de la vida es una historia larga, con eventos únicos, eventos fundamentales que la cambiaron para siempre. Una de esas transiciones fue el paso de células procariotas sin núcleo, como las bacterias y arqueas, a células eucariotas nucleadas. Se cree que ese evento ocurrió hace unos 1500 millones de años. Casi no tenemos restos fósiles de aquella época, así que tenemos que ingeniárnosla para averiguar que pasó. Una de las maneras es mirar en genomas de distintas especies. En esos libros genéticos está relatada parte de esa historia si hacemos un ejercicio de “literatura comparada”. Ésta es una de las razones por las que se secuencias organismos: para saber más sobre el pasado.
Uno de los genomas recientemente secuenciado es el de Naegleria gruberi. Esta criatura es bastante peculiar desde el punto de vista biológico y su genoma nos puede ayudar a entender la transición de procariotas a eucariotas.
El trabajo lo han llevado a término científicos del Department of Energy Joint Genome Institute (JGI) de la Universidad de Berkeley y expertos de la Universidad de Lancaster en el Reino Unido.
Naegleria es una ameba común del suelo que se dedica a la caza de bacterias. Los ejemplares secuenciados se aislaron, en este caso, del barro de una arboleda de eucaliptos en el campus de la Universidad de Berkeley. Cuando este organismo se encuentra bajo estrés le crecen flagelos, que son orgánulos similares al de los espermatozoides, y se pone a nadar en busca de mejores territorios. Además, tiene una tercera identidad; si las condiciones del suelo se vuelven muy duras, entonces se transforma en un duro quiste y espera tiempos mejores.
Según Simon E. Prochnik, un proceso como éste de transformación en un flagelado a partir de un estado ameboideo es muy raro.

Microfotografía por microscopía electrónica de barrido (izquierda) de la fase de quiste de Naegleria. A la derecha fase ameboidea del mismo microorganismo. Fuente: Lillian Fritz-Laylin, UC Berkeley.

Prochnik y sus colaboradores han descubierto que este organismo tiene, lógicamente, paquetes de genes dedicados a todas estas “personalidades”. Su genoma contiene nada menos que 15.727 genes codificadores de proteínas, que es un número comparable a los 23.000 en humanos.
La razón por la que Naegleria tiene tantos genes se debe a su complicado estilo de vida. La mayoría de los organismos unicelulares tiene pocos genes. Según Prochnik, al ser un organismo tan versátil, su genoma debe contener la información necesaria para sobrevivir en la variedad de ambientes en los que lo hace y bajo distintas gamas de estrés a las que está sometido.
Estos investigadores compararon el genoma de Naegleria con el genoma 16 eucariotas que iban de los hongos a los humanos pasando por plantas y protozoos. Al ser un organismo libre no parásito, que no ha perdido parte de sus genes y funciones, ha posibilitado una comparación más amplia y permite hallar más proteínas que estaban en los eucariotas ancestrales. Han identificado un conjunto de 4000 genes que, según estos científicos, probablemente sea parte del más primitivo genoma eucariota.
El número de genes encontrado sorprendió a los investigadores porque en comparaciones previas, que incluían a microorganismos parásitos, se llegó a un número inferior, probablemente debido a que los parásitos delegan parte de sus funciones a los genes del ser que los hospeda. Este resultado puede ayudar, por tanto, a determinar el número de genes mínimo que permitan una vida independiente.
Esta es la primera comparativa genética que incluye no solamente a Naegleria, sino además a representantes de los seis grupos de eucariotas secuenciados, como chromalveolata, diatomeas, el microorganismo causante de la malaria, microbios de marea roja, amebas o parásitos como giardia.
Entre otros resultados interesantes de este estudio está que puede ayudar a arrojar luz sobre cómo se mueven las células, cómo se envían señales unas a otras o cómo metabolizan nutrientes.
Naegleria usa pseudópodos en su fase ameboidea en sus desplazamientos para cazar bacterias, pero cuando la comida desaparece desarrolla flagelos desde “la nada” y los usa para nadar a mejores territorios de caza. Pero los pseudópodos y los flagelos usan diferentes proteínas para el movimiento. El primero basado en actina, que crea un andamiaje en el interior de la célula. El segundo está basado en la tubulina. Como este organismo tiene ambos sistemas puede ayudar a los científicos a entender el origen de este sistema paralelo durante la evolución de los eucariotas.
Cuando los científicos sometieron a poblaciones de Naegleria a escasez de alimento comprobaron que casi todas cambiaban rápidamente a su forma flagelada, por lo que el cambio del sistema basado en actina a otro de microtúbulos está altamente regulado y sincronizado en toda la población.
El genoma de este microorganismo también revela cómo produce energía. Puede usar oxígeno para “quemar” nutrientes como glucosa o ácidos grasos, o, si no hay oxígeno, usar otros nutrientes y rutas metabólicas, produciendo hidrógeno como subproducto. Este último mecanismo le permite sobrevivir a la hipoxia en el ambiente cenagoso en donde vive. Alguno de estos expertos especula que esto quizás pueda servir para producir biocombustibles si se consigue comprender bien esta última ruta metabólica.
La secuenciación del genoma de Naegleria es un paso más. La comparativa entre sí de más genomas del árbol evolutivo de los eucariotas nos ayudará a comprender la evolución de animales más complejos y a empezar a comprender de dónde venimos nosotros. Porque la ciencia básica sólo pretende contestar a las preguntas básicas de siempre: ¿de donde venimos?, ¿qué somos?, ¿adónde vamos?… Estos científicos han ayudado un poco más a aclarar como fue el tataratatara…taratabuelo microbiano de usted, querido lector.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa de UC Berkeley con vídeo.
Artículo en Cell (resumen).