"El pulg¨®n alberga el m¨ªnimo de genes imprescindible para hacer una c¨¦lula"

Los pulgones guardan un secreto que puede explicar algunas claves de la evoluci¨®n. Todos los pulgones viven en pareja (simbiosis) con una bacteria. La relaci¨®n viene de antiguo: se formaliz¨® hace 200 millones de a?os y los dos miembros han evolucionado desde entonces en paralelo, diferenci¨¢ndose de sus primos de otros linajes. Son distintos, por ejemplo, los pulgones (y sus bacterias) que azotan los rosales en un balc¨®n de los que chupan la savia de un cipr¨¦s. La relaci¨®n es vieja, pero ha funcionado bien sobre la base de lo que cada uno saca del otro: el insecto pone la casa (su propio organismo), y la bacteria, los nutrientes que el pulg¨®n, vegetariano estricto, no puede obtener de su dieta.

"Ese mismo sistema puede utilizarse en el estudio de la comunidad microbiana del intestino humano, aunque es m¨¢s complicado"

"Muchos genes han empezado a comportarse como si fueran seudogenes, de forma que la selecci¨®n natural ya no act¨²a sobre ellos"

La investigadora Amparo Latorre (Valencia, 1955), del Instituto Cavanilles de la Universitat de Valencia, sin embargo, ha descubierto una grave crisis en una de esas relaciones: una nueva bacteria ha irrumpido en la aparentemente tranquila vida conyugal, dando lugar a lo que parece un tr¨ªo. La explicaci¨®n, simplificando mucho, es que parece ser que la vieja bacteria ya no es capaz de darle al pulg¨®n lo que necesita. La vida acomodaticia dentro del insecto le ha hecho perder un n¨²mero formidable de genes -tiene el n¨²mero m¨¢s peque?o jam¨¢s descrito-, lo que parece conducirla hacia la extinci¨®n. Su lugar ser¨ªa ocupado por el nuevo microorganismo. Latorre ha publicado la que ser¨ªa primera sustituci¨®n conocida en una simbiosis en la revista Science.

Pregunta. ?Por qu¨¦ pierde la bacteria vieja (Buchnera del cedro) sus genes a tanta velocidad?

Respuesta. Est¨¢ relacionado con el proceso de reducci¨®n gen¨®mica que sufren tanto los pat¨®genos como los simbiontes mutualistas (beneficiosos) al cambiar de un ambiente de vida libre, que es, digamos, agresivo, a un ambiente intracelular, un ambiente estable donde tienen los recursos que necesitan. En ese momento empiezan a perder genes, y el problema es que pierden genes que son necesarios, aunque no esenciales. Es el caso de algunos implicados en reparar las mutaciones, en reparar procesos que alteran la estructura de los cromosomas. Su p¨¦rdida provoca que las mutaciones se vayan acumulando mucho m¨¢s r¨¢pido de lo normal, y que los genes se degraden.

P. ?Qu¨¦ consecuencias se pueden prever?

R. Muchos genes han empezado a comportarse como si fueran seudogenes, de forma que la selecci¨®n natural ya no act¨²a sobre ellos. Son genes, porque pueden traducirse y codifican una prote¨ªna. Pero si la estudias, ves que la forma que adoptan es mala, que se pliega mal y no funcionan. La consecuencia, creemos, ser¨ªa la extinci¨®n de ese gen.

P. Ah¨ª entra en juego la nueva bacteria.

R. Todos los pulgones son primos hermanos. Proceden de un ancestro com¨²n, pero llevan 200 millones de a?os de evoluci¨®n, y hay distintos linajes adaptados a distintas plantas. Los otros pulgones llevan tambi¨¦n Buchnera, pero no han reducido tanto su genoma. Pensamos que en el pulg¨®n del cedro el proceso est¨¢ m¨¢s avanzado. Ha perdido, y eso es lo m¨¢s incre¨ªble, la ruta completa del tript¨®fano y de la vitamina riboflavina. Y si es as¨ª, es posible que sea porque se est¨¢ produciendo su sustituci¨®n por otra bacteria, llamada Candidatus serratia simbi¨®tica, que s¨ª es capaz de hacerlo. O sea, el pulg¨®n necesita el suministro de nutrientes esenciales, pero digamos que le da igual qui¨¦n se los d¨¦. Si el destino final de la Buchnera es extinguirse, ser¨¢ solamente porque el pulg¨®n tiene otro recurso.

P. ?No hay posibilidad de que se estabilice el tr¨ªo?

R. Si se mantuviera, y eso ser¨ªa realmente bonito, ser¨¢ porque a lo mejor ella tambi¨¦n necesita algo que Buchnera hace. Y entonces s¨ª, tendr¨ªa que perpetuarse el tr¨ªo. Pero con los datos que tenemos ya -estamos hacia el final de la secuenciaci¨®n de la segunda bacteria-, creemos que probablemente Serratia todav¨ªa es autosuficiente. Es m¨¢s similar a las Buchnera de los otros pulgones, fabrica todos los amino¨¢cidos y tiene un sistema posiblemente m¨¢s elaborado.

P. La Buchnera del pulg¨®n del cedro tiene el genoma m¨¢s peque?o que se ha descrito. ?Es ¨¦se el l¨ªmite?

R. En el genoma m¨ªnimo lo imprescindible es definir el ambiente en el que vive el microorganismo. Porque en funci¨®n del ambiente necesitar¨¢ m¨¢s o menos genes. En el caso de esta Buchnera, el ambiente son las c¨¦lulas del insecto, c¨¦lulas eucariotas que le proporcionan muchas cosas, entre otras, un ambiente estable. La bacteria, a cambio, le proporciona amino¨¢cidos y vitaminas (riboflavina). En otras situaciones, por ejemplo en el de las moscas tse-tse, el ambiente de las bacterias es la sangre de los vertebrados. La situaci¨®n es diferente, pues el insecto se alimenta de la sangre de los vertebrados; es decir, tienen amino¨¢cidos en su dieta, pero no vitaminas. Y eso es lo que proporciona la bacteria simbionte correspondiente.

Por eso, lo importante es ver el m¨ªnimo no implicado en la simbiosis, sino implicado en hacer la c¨¦lula. Es lo que se llama m¨ªnimo de genes implicados en procesos de informaci¨®n. En replicar, transcribir y traducir. Y en ese sentido s¨ª que pensamos que nuestro estudio est¨¢ definiendo el m¨ªnimo imprescindible para hacer una c¨¦lula. Nosotros hemos calculado 362 que ser¨ªan en torno a los 300 si les quitas los genes implicados en la bios¨ªntesis de amino¨¢cidos.

P. ?Se puede ver como una receta para fabricar vida?

R. A los estudiantes, cuando me preguntan para qu¨¦ sirve todo esto, les digo siempre que es puro conocimiento. Estamos hablando de ciencia b¨¢sica. No existe el objetivo de producir al d¨ªa siguiente una vacuna. Pero, desde luego, abre posibilidades bioqu¨ªmicas, fisiol¨®gicas, m¨¦dicas, y a los microbi¨®logos... Y puede ayudar mucho a lo que se llama biolog¨ªa sint¨¦tica. Porque estos genomas m¨ªnimos te permiten conocer rutas m¨ªnimas. En ese campo se utilizan modelos como Escherichia coli que, comparada con Buchnera, resulta complicad¨ªsima.

P. Van a entrar en el campo de los pat¨®genos.

R. Creemos que nuestra investigaci¨®n puede aportar luz a un campo en el que faltan muchas cosas por saber. No sabemos, por ejemplo, qu¨¦ hace que cuando una bacteria de vida libre, por ejemplo, la Escherichia coli, la intestinal, entra en una c¨¦lula, en un organismo eucari¨®tico, en un perro, o en una c¨¦lula humana, qu¨¦ hace que se desencadene el proceso por el que se convierte en pat¨®geno o en mutualista. La diferencia es esencial. El pat¨®geno produce da?o y el mutualista produce beneficio.

Ninguna de las bacterias del cedro puede cultivarse en el laboratorio. Y tampoco el cedro se puede cultivar en condiciones estables. As¨ª que para secuenciar la Serratia, la bacteria nueva, hemos optado por utilizar la metagen¨®mica. Secuenciamos las dos bacterias juntas y luego, teniendo ya el genoma de Buchnera, utilizamos la bioinform¨¢tica para intentar separarlas y determinar sus genomas. Ese mismo sistema puede utilizarse en el estudio del microbioma, o comunidad microbiana del intestino humano, aunque es m¨¢s complicado. En el pulg¨®n tenemos s¨®lo dos bacterias, pero en el intestino hay una comunidad de cientos. El reto vale la pena por su trascendencia cient¨ªfica y social. Vamos a trabajar con investigadores del hospital La Fe, de Valencia, para estudiar la flora digestiva y dolencias como el intestino irritable y la enfermedad de Crohn.