La salamandra de Carolina del Sur

Synechococcus elongatus Danio rerio (pez cebra)
Esta entrada es un pelín larga pero incluye una pausa café. Porque este blog no repara en gastos !!

Al grano: el tema de hoy surge a partir de un extraño trabajo publicado en Plos One en 2011.

Se titula “Towards a synthetic chloroplast” y trata de lo siguiente: introducir cianobacterias de agua dulce (Synechococcus elongatus) en células animales, concretamente embriones de pez cebra y células de mamíferos. Y ver luego qué pasa…

Pero antes tenemos que hablar sobre endosimbiosis y salamandras…

Las algas eucariotas proceden de una célula heterótrofa convertida en “máquina fotosintética” gracias a la endosimbiosis de una cianobacteria (los actuales cloroplastos). Nuestras células animales obtienen energía de las mitocondrias endosimbiontes (de origen bacteriano). Los cloroplastos en células animales son ciencia-ficción, de momento…

O mejor dicho: un asunto de bioingeniería.

Sabemos que existen algas simbiontes en animales invertebrados…lo hemos visto en anémonas, corales, moluscos, etc. Pero en el caso de los seres vertebrados parece imposible y la razón parece estar en su sistema inmune.

 

Linfocito humano. Una célula que
interviene en el sistema inmune adquirido.
Fuente: Wikimedia commons.

Los invertebrados solo tienen sistema inmune innato. Mientras, los vertebrados tenemos un sistema inmunológico complejo con defensas innatas y adquiridas.

El sistema inmune innato es más primitivo, su reacción es general y la intensidad de su respuesta es siempre la misma.

La inmunidad adquirida produce una reacción específica para cada agente patógeno. Aumenta de intensidad tras cada exposición porque tiene “memoria” y esto le permite ser más eficaz a la hora de reconocer y destruir células ajenas ó extrañas a nuestro cuerpo.

Así que es difícil que esta doble defensa “abra la puerta” a ningún alga. Pero como en todo, hay clases. Existen vertebrados con un sistema inmune “más torpe”. Hablemos un poco de los anfibios…

La rana Xenopus laevis y un tritón de California.
Fuente: Wikimedia commons.

Las salamandras y tritones son anfibios urodelos: sus adultos tienen cola. Las ranas y sapos son anfibios anuros, o sea, los adultos no tienen cola.

Los urodelos adultos son capaces de regenerar sus patas y cola perdidas. Los anuros solamente pueden regenerarlas hasta la metamorfosis de renacuajo a adulto…

El sistema inmune adquirido parece jugar un papel importante en la regeneración.
Las ranas adultas desarrollan un sistema inmune más eficaz después de la metamorfosis y esto coincide con la pérdida de su capacidad de regeneración…

Los linfocitos emigran masivamente del tejido dañado antes de comenzar la regeneración de una extremidad. Este mecanismo de “inmunosupresión” evita el rechazo de los nuevos tejidos. Si cortamos la pata a una rana desde renacuajo a adulto vemos que con el paso del tiempo es incapaz de regenerarla completamente…pobre bicho, qué tortura !!

Pero el sistema inmune de las salamandras adultas es menos eficaz y mantienen la capacidad de regenerar sus extremidades amputadas.

Pausa café…?

 

Humm… seguimos
Ambystoma maculatum.
Fuente: Wikimedia commons
La salamandra moteada (Ambystoma maculatum) tiene el honor de ser el anfibio “oficial” del estado de Carolina del Sur. Yes: en EEUU cada estado tiene su propio anfibio. No le demos más vueltas al motivo porque lo desconozco. Quien lo sepa que me lo diga. Supongo que estarán protegidas…

Esta salamandra vive en las zonas orientales de Norteamérica y entre sus dominios está el territorio de Carolina del Sur.Suelen vivir bajo tierra excepto en primavera, cuando se aparean y depositan sus huevos en charcas estacionales.

Esta salamandra tiene la clave de la entrada de hoy: sus huevos parecen verdes porque están cubiertos de clorofíceas (Oophila amblystomatis).

Hasta hace poco se pensaba que era una curiosa forma de ectosimbiosis. Las algas favorecen el desarrollo de los huevos gracias a la producción de oxígeno en la fotosíntesis, y éstas a su vez podrían aprovechar el nitrógeno liberado por los embriones.Pero en un trabajo reciente (Kerney y col. 2011 en PNAS) han descubierto que esta asociación podría ser el primer caso de endosimbiosis entre un alga y un vertebrado.
A y B: embriones de Ambystoma maculatum.
C: en rojo la autofluorescencia de Synechococcus elongatus.
D: células de Synechococcus en el cráneo de la salamandra.
Fuente: Kerney y col (2011)
http://www.pnas.org/content/early/2011/03/29/1018259108

Las algas están físicamente dentro del embrión, se extienden a diferentes tejidos a lo largo del desarrollo y en estado adulto siguen vivas dentro de la salamandra, sin luz. Los embriones no tienen sistema inmune y en las salamandras adultas es “ineficaz” en comparación a otros anfibios. Esto podría explicar su tolerancia hacia las algas simbiontes…

La mayoría de estas clorofíceas están en contacto directo con el citoplasma de las células de la salamandra. Otras recuerdan a quistes, también intracelulares. La naturaleza exacta de esta sorprendente relación y la posibilidad de que las salamandras transmitan las algas a su descendencia se desconoce.

 

Embriones de pez cebra (A,B) con Synechococcus
(fluorescencia roja) y lo mismo sucede en macrófagos
de ratón (D). Fuente: Agapakis y col. (2011)
http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0018877

Y con esto volvemos al trabajo “Towards a synthetic chloroplast” de Agapakis y col. (2011). ¿Recuerdan?

Inyectaron Synechococcus en embriones de peces cebra para recrear lo que ocurre en la salamandra moteada. Y los embriones de pez cebra no sufrieron daños aparentes a pesar de convivir con Synechococcus. No sabemos lo que sucede en los peces adultos porque el experimento duró 12 días…

Luego modificaron genéticamente Synechococcus con invasina y listeriolisina para conferirle dos “superpoderes“: capacidad invasiva y resistencia a los lisosomas (estómagos celulares).

Gracias a esas alteraciones, Synechococcus pudo invadir células animales y macrófagos (celulas del sistema inmunitario) e incluso dividirse dentro de ellas. ¿Cómo se han quedado…? yo al menos de piedra !!

Conclusión: en un futuro quizá podamos diseñar endosimbiosis “a la carta” entre algas y animales superiores. ¿Con qué objetivos y condiciones?…espero asistir al debate algún día.

Referencias:

-Agapakis CM. Towards a synthetic chloroplast. Plos One 6:e18887 (2011).
-Costa M. Estudio de la respuesta inmune y expresión génica del mejillón mediterráneo, Mytilus galloprovincialis. Tesis doctoral. U. Vigo, 294 pp (2008).
-Kerney y col. Intracellular invasion of green algae in a salamander host. PNAS 108:6497-6502 (2011).
-Mescher AL & Neff AW. Limb regeneration in amphibians: immunological considerations. Sci. World J. 6:1-11 (2006).

 

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