Las bacterias marinas que se encuentran en las aguas termales pueden ser los parientes vivos más cercanos de las bacterias antiguas que dieron origen a las mitocondrias modernas hace más de mil millones de años.
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La vida en la Tierra comenzó como células microscópicas independientes hace unos 3.700 millones de años. Y así continuaron durante eones hasta que un fatídico día hace unos 1600-1800 millones de años, cuando dos antiguos microbios se encontraron y crearon una nueva asociación sin precedentes en la Tierra. Uno de esos antiguos microbios fue la alfa-proteobacteria, miembro de un grupo extremadamente abundante y diverso de bacterias que llevan a cabo todo tipo de reacciones bioquímicas beneficiosas. (el rickettsia, por ejemplo, son miembros de esta clase taxonómica de bacterias. Debería resultarle familiar porque contiene microbios altamente patógenos, como los que causan la fiebre maculosa de las Montañas Rocosas).
Pero no todos los gérmenes alfa son fatales. Algunos de ellos son francamente útiles. Un microbio particularmente beneficioso fue el antiguo ancestro de las mitocondrias modernas, esas «potencias metabólicas» cruciales que se encuentran dentro de casi todas las células que contienen un núcleo (también conocidas como células eucariotas) que forman todos los organismos multicelulares.
Debido a que esta fusión microbiana tuvo lugar hace tanto tiempo, nuestro conocimiento de los detalles del origen bacteriano y la identidad del antiguo ancestro mitocondrial sigue siendo confuso. Además, los microbios no son dinosaurios. No dejan fósiles en las piedras para que los científicos los estudien y reflexionen, por lo que debemos inferir cómo y cuándo ocurrió este evento accidental utilizando una variedad de metodologías bioquímicas, genéticas y citogenéticas.
Esta fusión microbiana fue muy importante. No solo desencadenó el impulso evolutivo de toda la vida multicelular que alguna vez vivió en la Tierra, sino que también afectó los aspectos más íntimos de nuestras vidas, incluidas las vías bioquímicas utilizadas para descomponer las moléculas para generar energía, que a su vez alimenta el combustible necesario. procesos biosintéticos. para hacer trabajo mecanico. Por estas razones, la identidad de este último ancestro común eucariota (LECA) que dio origen a las células eucariotas modernas que contienen mitocondrias atrae mucha curiosidad.
Para comenzar este estudio, fue necesario identificar con precisión una miríada de proteobacterias que podrían ser los parientes más cercanos de sus ancestros mitocondriales. Esa fue la pregunta que enfrentó el bioquímico Otto Geiger, profesor de genómica ambiental en la UCLA. universidad nacional autonoma de mexicoy editor de la revista científica, Microbiología BMCY manual de microbiología de hidrocarburos y lípidos.
En este nuevo estudio, el profesor Geiger reunió a un equipo de colaboradores y juntos utilizaron una variedad de enfoques bioquímicos, genéticos y celulares para reducir el campo de candidatos a un pequeño grupo de microbios que probablemente sean los parientes vivos ancestrales más cercanos. . Bacterias que dan origen a las mitocondrias.
Para hacer esto, el profesor Geiger y sus colaboradores identificaron docenas de características metabólicas que pensaron que probablemente estaban presentes en los progenitores mitocondriales primitivos. Luego escanearon todos los genomas conocidos de proteobacterias, literalmente miles de ellos, y compararon sus rasgos con los que más se acercaban a los que eligieron.
Pero hay un problema en esta estrategia: las bacterias son complicadas porque se involucran en la transferencia lateral de genes al barajar y redistribuir genes de una especie y genoma a otra, algo así como barajar y repartir una baraja de cartas. A lo largo del tiempo evolutivo, esta mezcla da como resultado nuevas combinaciones y combinaciones de genes y capacidades bioquímicas en diferentes linajes, de modo que ningún linaje α-proteolítico posee el mismo conjunto de genes (y rasgos) que estaba presente en las mitocondrias primitivas hace 1500 millones de años.
Un paso crítico en esta encuesta fue cuando el profesor Geiger y sus colaboradores se centraron en la capacidad de las proteobacterias candidatas para fabricar dos tipos de compuestos lipídicos, conocidos como lípidos, que son esenciales para el correcto funcionamiento de todas las mitocondrias. Estos lípidos son especiales porque solo se encuentran en unas pocas especies de bacterias modernas, lo que ha reducido en gran medida la búsqueda.
Uno de estos lípidos, llamado ceramidas, es especial porque es sintetizado únicamente por las mitocondrias. El otro lípido principal, la cardiolipina, participa en la respiración mitocondrial y en la producción de energía.
La presencia de genes necesarios para la fabricación. ambos Los lípidos fueron importantes porque también juegan un papel importante para ayudar a señalar cuándo las mitocondrias están dañadas y deben eliminarse. Esta función básica se conserva en todas las células eucariotas, dijo el profesor Geiger, lo que sugiere que las mitocondrias primarias candidatas también poseen genes para la producción de ambos lípidos.
Pero, ¿qué proteobacteria moderna posee los genes necesarios para fabricar ambos lípidos?
El profesor Geiger y sus colegas descubrieron estos rasgos en las α-proteobacterias marinas de vida libre que prosperan en las aguas termales de todo el mundo. Curiosamente, este grupo de bacterias no había sido considerado previamente como ancestros evolutivos de las mitocondrias modernas.
El Prof. Geiger y sus colaboradores sugieren que estas α-proteobacterias marinas, que pertenecen a eudidemonadales género, son buenos candidatos para representar a los parientes modernos de las antiguas bacterias mitocondriales porque poseen rasgos más estrechamente relacionados con él y sus colaboradores que con las mitocondrias primitivas. Además, hay otro factor que conecta cada uno eudidemonadales Juntos, señala el equipo, es el mayor gradiente de oxígeno en los lugares donde viven y que necesitan para sobrevivir.
«Estas bacterias realmente dependen del oxígeno», concluyó el profesor Geiger, «al igual que las mitocondrias para la producción de energía».
fuentes:
Otto Geiger, Alejandro Sánchez Flores, Jonathan Padilla Gómez y Mauro Degli Esposti (2023). Las múltiples vías del metabolismo celular determinan el origen bacteriano de las mitocondriasY Avances de la ciencia 9(32) | hacer:10.1126/sciadv.adh0066
Barth K. Rafal, William F. Martin y Sven B. Gould (2023). Evolución mitocondrial: transposición de genes, endosimbiosis y señalizaciónY Avances de la ciencia 9(32) | hacer:10.1126/sciadv.adj4493
SHA-256: 9ab94921e06b203a216cb219d873f92ea4083642075e2e0be632939cd42949aa
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