Fuente: Current Biology.
En el colegio nos han enseñado las diferencias entre célula procariota y ecuariota. Entre ellas, nos dijeron siempre que las primeras carecen de mitocondrias mientras que las segundas sí las presentan. Las mitocondrias son orgánulos necesarios para la supervivencia de las células eucariotas.
Ahora bien ¿y si realmente esto no es así? ¿Y si existen eucariotas que sobreviven perfectamente, pero sin mitocondrias? ¿Supondría este hecho alguna modificación clave a nivel evolutivo?
Un equipo multidisciplinar de investigadores ha descubierto por primera vez un organismo eucariota capaz de vivir sin mitocondrias ni restos de ningún orgánulo que se asemejen a ellas.
Este organismo pertenece al género Monocercomonoides, un protozoo parásito que vive en el intestino de las chinchillas (roedor de los Andes); una zona donde no existe oxígeno.
La presencia de mitocondrias en organismos eucariotas es uno de los paradigmas de la Biología. Estos organúlos se caracterizan porque poseen su propio genoma (denominado ADN mitocondrial) que es similar al de las bacterias. Un punto clave en este proceso.
Pues bien, el hallazgo realizado por un equipo de investigación, liderado por la bióloga Anna Karnkowska de la Universidad de Praga, ha provocado que este paradigma sea cuestionado. El estudio del genoma del parásito Monocercomonoides ha plasmado la ausencia total de genes codificantes de proteínas mitocondriales. Este hecho podría dar un vuelco al paradigma evolutivo existente en Biología y asumido por toda la comunidad científica durante mucho tiempo.
Por otro lado, el hallazgo nos lleva a pensar que nuestra rama en el árbol evolutivo podría ser más versátil de lo que los investigadores creían.
El origen de las mitocondrias
Para explicar el origen de las mitocondrias se propuso la teoría de la endosimbiosis que afirma que, en tiempos remotos, una célula procariota (bacteria), capaz de obtener energía mediante el uso de oxígeno como oxidante, se fusionó con otra célula procariota o eucariota primitiva.
Para producirse esta fusión, la célula procariota capaz de obtener energía, fue fagocitada (engullida) por otra célula primitiva, pero no fue digerida de forma inmediata, un proceso que ocurre con frecuencia.
Esto hizo ambos tipos de células lograran vivir en una relación de simbiosis permanente. La célula procariota fagocitada proporcionaba la energía a ambas, mientras que la otra última proporcionaba un medio estable y rico en nutrientes.
Este tipo de relación hizo que ambas se fusionaran como un único organismo. En este nuevo organismo la célula que había sido fagocitada y suministradora de energía pasaría a convertirse en la mitocondria. Serían nuestras futuras “centrales eléctricas”.
¿Imprescindibles para la vida?
Para comprender la magnitud de este hallazgo expliquemos un poco la importancia de la función de las mitocondrias para nuestra supervivencia celular.
Todas las células necesitan un continuo aporte de energía, obtener nutrientes del ambiente, moverse y reproducirse. En el caso de las células eucariotas, las responsables de la obtención de toda esta energía son las mitocondrias. Este es uno de los fundamentos de la Biología, es decir, las células eucariotas (como las humanas) poseen mitocondrias. Tras lo expuesto, parece que, básicamente, sin las mitocondrias las células no podrían sobrevivir.
El estudio, publicado en Current Biology, muestra lo contrario. El hallazgo de un organismo eucariota capaz de sobrevivir sin estos orgánulos, supuestamente tan imprescindibles, resulta ser una de las grandes revoluciones en el conocimiento. Este descubrimiento pondría en duda este paradigma biológico.
Ahora bien ¿y si realmente esto no es así? ¿Y si existen eucariotas que sobreviven perfectamente, pero sin mitocondrias? ¿Supondría este hecho alguna modificación clave a nivel evolutivo?
Un equipo multidisciplinar de investigadores ha descubierto por primera vez un organismo eucariota capaz de vivir sin mitocondrias ni restos de ningún orgánulo que se asemejen a ellas.
Este organismo pertenece al género Monocercomonoides, un protozoo parásito que vive en el intestino de las chinchillas (roedor de los Andes); una zona donde no existe oxígeno.
La presencia de mitocondrias en organismos eucariotas es uno de los paradigmas de la Biología. Estos organúlos se caracterizan porque poseen su propio genoma (denominado ADN mitocondrial) que es similar al de las bacterias. Un punto clave en este proceso.
Pues bien, el hallazgo realizado por un equipo de investigación, liderado por la bióloga Anna Karnkowska de la Universidad de Praga, ha provocado que este paradigma sea cuestionado. El estudio del genoma del parásito Monocercomonoides ha plasmado la ausencia total de genes codificantes de proteínas mitocondriales. Este hecho podría dar un vuelco al paradigma evolutivo existente en Biología y asumido por toda la comunidad científica durante mucho tiempo.
Por otro lado, el hallazgo nos lleva a pensar que nuestra rama en el árbol evolutivo podría ser más versátil de lo que los investigadores creían.
El origen de las mitocondrias
Para explicar el origen de las mitocondrias se propuso la teoría de la endosimbiosis que afirma que, en tiempos remotos, una célula procariota (bacteria), capaz de obtener energía mediante el uso de oxígeno como oxidante, se fusionó con otra célula procariota o eucariota primitiva.
Para producirse esta fusión, la célula procariota capaz de obtener energía, fue fagocitada (engullida) por otra célula primitiva, pero no fue digerida de forma inmediata, un proceso que ocurre con frecuencia.
Esto hizo ambos tipos de células lograran vivir en una relación de simbiosis permanente. La célula procariota fagocitada proporcionaba la energía a ambas, mientras que la otra última proporcionaba un medio estable y rico en nutrientes.
Este tipo de relación hizo que ambas se fusionaran como un único organismo. En este nuevo organismo la célula que había sido fagocitada y suministradora de energía pasaría a convertirse en la mitocondria. Serían nuestras futuras “centrales eléctricas”.
¿Imprescindibles para la vida?
Para comprender la magnitud de este hallazgo expliquemos un poco la importancia de la función de las mitocondrias para nuestra supervivencia celular.
Todas las células necesitan un continuo aporte de energía, obtener nutrientes del ambiente, moverse y reproducirse. En el caso de las células eucariotas, las responsables de la obtención de toda esta energía son las mitocondrias. Este es uno de los fundamentos de la Biología, es decir, las células eucariotas (como las humanas) poseen mitocondrias. Tras lo expuesto, parece que, básicamente, sin las mitocondrias las células no podrían sobrevivir.
El estudio, publicado en Current Biology, muestra lo contrario. El hallazgo de un organismo eucariota capaz de sobrevivir sin estos orgánulos, supuestamente tan imprescindibles, resulta ser una de las grandes revoluciones en el conocimiento. Este descubrimiento pondría en duda este paradigma biológico.
El primer organismo eucariota sin mitocondrias capaz de vivir en ambientes sin oxígeno fue encontrado en el intestino de chinchillas. Imagen: niko_smile. Fuente: Wikimedia Commons.
El microorganismo sin mitocondrias
La reducción al mínimo de las mitocondrias no es un proceso desconocido en la Biología. Existen diversas especies de organismos protozoos (eucariotas) adaptados a un estilo de vida anaeróbica y que, por tanto, carecen de mitocondrias.
Sin embargo, a cambio poseen una serie de restos o vestigios procedentes de estos orgánulos que realizan la función de respiración. Estos organismos, como Giardia, habitan lugares sin oxígeno.
Basándose en esta idea, el equipo de investigación de Anna Karnkowska decidió estudiar otro microorganismo eucariota candidato que también habita en ambientes anaeróbicos, el intestino de las chinchillas. Este es un microorganismo parásito que, como hemos dicho, pertenece al género Monocercomonoides.
El parásito vive en un hábitat donde las condiciones fisiológicas no son muy adecuadas. En él, los jugos digestivos y la bilis, para la realización de la digestión, segregan enzimas cuya función es degradar y donde el pH es ácido. Estas condiciones no facilitan la supervivencia de organismos vivos en el intestino. Sin embargo, no parecen afectar al microorganismo analizado.
Entonces, ¿cómo consigue este vivir bajo esas condiciones? Esto es, precisamente, lo que llamó la atención de los investigadores autores de este estudio inédito.
El resultado
Los investigadores secuenciaron el genoma de Monocercomonoides y comprobaron que este organismo carecía de todas las proteínas mitocondriales.
Por otro lado, en eucariotas existe una vía mitocondrial que se creía que estaba conservada en todos estos organismos. Esta vía es la encargada de sintetizar grupos de hierro-azufre, colaboradores esenciales de una amplia variedad de proteínas.
Pero en el Monocercomonoides esta vía parece haber sido sustituida por un sistema de movilización citosólico de sulfuro (SUF). Curiosamente, este tipo de sistemas son característicos de procariotas. Los procariotas, como sabemos, no tienen mitocondrias. Entonces, ¿cómo obtienen la energía?
En lugar de utilizar el oxígeno para la obtención de energía, tal y como emplean los eucariotas, utilizan sustancias inorgánicas como el azufre y el sulfuro, entre otros. Por ello, estos investigadores aportan la idea que se ha producido una transferencia lateral de genes a partir de estas bacterias. Es decir, “han tomado prestados” una serie de genes bacterianos que realizan la misma función.
Pero este no es el único obstáculo que Monocercomonoides ha sido capaz de solucionar. Un dato más es que, probablemente, estos organismos utilicen enzimas presentes en su citoplasma para degradar los alimentos, y así obtener la energía necesaria. Un proceso similar al que usan los procariotas (carentes de mitocondrias). Este tipo de actuaciones es lo que les ha permitido subsanar todos aquellos problemas que podrían surgir como consecuencia de la carencia de mitocondrias.
Teniendo en cuenta todos los datos aportados, en el contexto de la filogenia eucariota, el equipo de Karnkowska sugiere que Monocercomonoides no es un organismo que primitivamente carezca de mitocondrias sino que ha eliminado por completo el compartimento mitocondrial.
¿Qué supone este descubrimiento?
Este descubrimiento abre nuevos campos de estudio y nuevas preguntas, así como da a conocer que la vida eucariota es mucho más flexible de lo que se creía hasta a hora. Además, siembra la duda sobre la necesaria confirmación de si la eliminación de las mitocondrias es posterior a su presencia.
Los investigadores consideran que este es un descubrimiento de importancia fundamental, ya que ahora sabemos que los eucariotas pueden vivir sin ningún vestigio de las mitocondrias. Y, probablemente, existan otros casos similares que se desconocen actualmente.
No obstante, son conscientes de que es necesario realizar un análisis detallado mediante el empleo de la microscopía electrónica que permita confirmar definitivamente la ausencia de mitocondrias. En caso de confirmarse, la definición de organismo eucariota tendría que ser modificada.
La reducción al mínimo de las mitocondrias no es un proceso desconocido en la Biología. Existen diversas especies de organismos protozoos (eucariotas) adaptados a un estilo de vida anaeróbica y que, por tanto, carecen de mitocondrias.
Sin embargo, a cambio poseen una serie de restos o vestigios procedentes de estos orgánulos que realizan la función de respiración. Estos organismos, como Giardia, habitan lugares sin oxígeno.
Basándose en esta idea, el equipo de investigación de Anna Karnkowska decidió estudiar otro microorganismo eucariota candidato que también habita en ambientes anaeróbicos, el intestino de las chinchillas. Este es un microorganismo parásito que, como hemos dicho, pertenece al género Monocercomonoides.
El parásito vive en un hábitat donde las condiciones fisiológicas no son muy adecuadas. En él, los jugos digestivos y la bilis, para la realización de la digestión, segregan enzimas cuya función es degradar y donde el pH es ácido. Estas condiciones no facilitan la supervivencia de organismos vivos en el intestino. Sin embargo, no parecen afectar al microorganismo analizado.
Entonces, ¿cómo consigue este vivir bajo esas condiciones? Esto es, precisamente, lo que llamó la atención de los investigadores autores de este estudio inédito.
El resultado
Los investigadores secuenciaron el genoma de Monocercomonoides y comprobaron que este organismo carecía de todas las proteínas mitocondriales.
Por otro lado, en eucariotas existe una vía mitocondrial que se creía que estaba conservada en todos estos organismos. Esta vía es la encargada de sintetizar grupos de hierro-azufre, colaboradores esenciales de una amplia variedad de proteínas.
Pero en el Monocercomonoides esta vía parece haber sido sustituida por un sistema de movilización citosólico de sulfuro (SUF). Curiosamente, este tipo de sistemas son característicos de procariotas. Los procariotas, como sabemos, no tienen mitocondrias. Entonces, ¿cómo obtienen la energía?
En lugar de utilizar el oxígeno para la obtención de energía, tal y como emplean los eucariotas, utilizan sustancias inorgánicas como el azufre y el sulfuro, entre otros. Por ello, estos investigadores aportan la idea que se ha producido una transferencia lateral de genes a partir de estas bacterias. Es decir, “han tomado prestados” una serie de genes bacterianos que realizan la misma función.
Pero este no es el único obstáculo que Monocercomonoides ha sido capaz de solucionar. Un dato más es que, probablemente, estos organismos utilicen enzimas presentes en su citoplasma para degradar los alimentos, y así obtener la energía necesaria. Un proceso similar al que usan los procariotas (carentes de mitocondrias). Este tipo de actuaciones es lo que les ha permitido subsanar todos aquellos problemas que podrían surgir como consecuencia de la carencia de mitocondrias.
Teniendo en cuenta todos los datos aportados, en el contexto de la filogenia eucariota, el equipo de Karnkowska sugiere que Monocercomonoides no es un organismo que primitivamente carezca de mitocondrias sino que ha eliminado por completo el compartimento mitocondrial.
¿Qué supone este descubrimiento?
Este descubrimiento abre nuevos campos de estudio y nuevas preguntas, así como da a conocer que la vida eucariota es mucho más flexible de lo que se creía hasta a hora. Además, siembra la duda sobre la necesaria confirmación de si la eliminación de las mitocondrias es posterior a su presencia.
Los investigadores consideran que este es un descubrimiento de importancia fundamental, ya que ahora sabemos que los eucariotas pueden vivir sin ningún vestigio de las mitocondrias. Y, probablemente, existan otros casos similares que se desconocen actualmente.
No obstante, son conscientes de que es necesario realizar un análisis detallado mediante el empleo de la microscopía electrónica que permita confirmar definitivamente la ausencia de mitocondrias. En caso de confirmarse, la definición de organismo eucariota tendría que ser modificada.
Referencia bibliográfica:
Karnkowska A y col. A Eukaryote without a Mitochondrial Organelle. Current Biology (2016). DOI: 10.1016/j.cub.2016.03.053.
Karnkowska A y col. A Eukaryote without a Mitochondrial Organelle. Current Biology (2016). DOI: 10.1016/j.cub.2016.03.053.