Se encuentran microbios procarióticos con genes similares a eucariotas
Respiradero hidrotermal cerca de donde Loki fue encontrado en sedimentos marinos UNIVERSIDAD DE BERGEN CENTRO DE GEOBIOLOGÍA, RB PEDERSENA grupo recientemente identificado de microbios que habitan en aguas profundas ha han sido clasificados como arqueas: microorganismos primitivos procarióticos. Pero estos microbios albergan un conjunto de genes que se encuentran en los eucariotas que normalmente se utilizan para remodelar las membranas intracelulares para formar vesículas o para la fagocitosis. Este “kit de inicio genómico” podría haber permitido que formas ancestrales de estos microbios, llamadas Lokiarchaea, evolucionaran hacia células eucariotas más complejas, según los resultados publicados hoy (6 de mayo) en Nature. El descubrimiento respalda la hipótesis de larga data de que las arqueas son los ancestros de los eucariotas y ayuda a llenar un vacío evolutivo entre los dos grupos.
“Este es el artículo más emocionante e importante sobre las grandes preguntas sobre los orígenes de los eucariotas y el árbol de la vida en años,” dijo el biólogo evolutivo Jeffrey Palmer de la Universidad de Indiana, Bloomington, que no participó en el trabajo. “Esto…
Desde finales de la década de 1980, todas las formas de vida se han dividido en tres grupos en el árbol filogenético de la vida: bacterias, arqueas y eucariotas. Los eucariotas y las arqueas se han considerado durante mucho tiempo grupos hermanos en función de las similitudes en sus genes y rutas metabólicas. Pero no estaba claro si los eucariotas y las arqueas compartían un ancestro común, o si los eucariotas se originaron dentro de un subconjunto de arqueas.
Thijs Ettema de la Universidad de Uppsala en Suecia y sus colegas identificaron el nuevo grupo de arqueas mientras analizaban el genoma. diversidad de sedimentos marinos encontrados cerca de un respiradero hidrotermal del Atlántico medio llamado Lokis Castle. La secuenciación inicial reveló que estos microbios pertenecían a uno de los grupos más abundantes de arqueas marinas, ninguna de las cuales ha sido cultivada o secuenciada.
Usando técnicas de metagenómica profunda, Ettema y sus colegas ensamblaron un 92 por ciento completo, Secuencia del genoma compuesto de 5,1 mega pares de bases para Lokiarchaea. Aproximadamente 175 proteínas predichas en estos microbios eran más similares a las proteínas eucariotas involucradas en la fagocitosis, la formación de formas celulares y la remodelación de la membrana. Además, el análisis filogenético reveló que los eucariotas se agruparon dentro de este grupo de arqueas en lugar de como una rama relacionada en el árbol.
Cuando comenzamos a observar estos datos, nos dimos cuenta de que esto es algo muy especial o es algún tipo de contaminación extraña, le dijo Ettema a The Scientist.
Si miramos la columna vertebral genética de todos los genes domésticos, Loki [es] muy mucho archaeal, explicó. Pero para nuestra sorpresa, Loki terminó junto con los eucariotas, lo que significa que. . . comparten un ancestro común.
Los investigadores no encontraron signos de contaminación. Los genes similares a los eucariotas estaban flanqueados por secuencias procariotas, Lokiarchaea presentaba muchas otras características arqueológicas, y la muestra de sedimento parecía libre de secuencias de ARNr 18s, una característica de los eucariotas.
Los investigadores descubrieron que el genoma de Lokiarchaea contiene cinco homólogos de actina que son más similares a las actinas eucariotas que a las proteínas similares a la actina de las arqueas. También se encontraron casi 70 homólogos de GTPasas pequeñas de la familia Ras, lo que representa aproximadamente el 2 por ciento de las proteínas predichas por Lokiarchaeas. Estas proteínas se encuentran en niveles similares en muchos eucariotas unicelulares. Los investigadores también encontraron secuencias similares a los genes eucariotas ESCRT en los microbios; estas proteínas son componentes clave de los mecanismos de tráfico de vesículas intracelulares.
Si nos fijamos en el tipo de genes eucariotas que tiene Loki, podría ser que estuviera en una etapa en la que comenzó a desarrollar una forma primitiva de asumir cosas a través de la fagocitosis, dijo Ettema. Es un organismo moderno, pero parece decirnos un poco sobre los pasos que ocurrieron durante el origen eucariota.
Entre otras posibilidades, podría haber comenzado a desarrollar un mecanismo para tomar cosas, uno de esos podría han sido alfa-proteobacterias, a partir de las cuales evolucionaron las mitocondrias en algún momento, agregó.
Las funciones de estos genes similares a eucariotas en Lokiarchaea siguen siendo desconocidas; aunque similar en secuencia, los genes archaeal pueden estar involucrados en diferentes procesos celulares. En trabajos futuros, Ettema y sus coautores intentarán cultivar y visualizar estos microbios en el laboratorio.
Para el biólogo evolutivo Andrew Rogers, es poco probable que esta vasta colección de genes no sea funcional. No podemos decirlo con seguridad, pero los genes no permanecen en los organismos durante mucho tiempo sin mutar en basura a menos que se expresen, dijo Roger de la Universidad de Dalhousie en Canadá, quien no participó en el estudio. No conocemos las funciones precisas, pero me sorprendería que estos organismos no tuvieran algún tipo de endomembrana y sistema citoesquelético. La gran cantidad de estas proteínas es una prueba irrefutable bastante clara.
En el campo del origen de las células eucariotas, este es probablemente uno de los mayores descubrimientos nuevos que hemos visto en los últimos 30 años, agregó Roger. . Es un verdadero eslabón perdido entre arqueas y eucariotas.
A. Spang et al., Complex archaea that bridge the gap between prokaryotes and eukaryotes, Nature, doi:10.1038/nature14447, 2015.
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