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Hace mucho tiempo en un blog muy muy lejano les hablé de Dinophysis, un género de dinoflagelados productor de toxinas diarreicas, responsable de episodios de DSP por consumo de marisco. Pero aquello fue en 2011: hoy en día hemos aprendido muchas cosas nuevas y en esta entrada les contaré algunas.

1>Los cloroplastos de Dinophysis no son permanentes

Por aquel entonces sabíamos que Dinophysis se alimenta del ciliado Mesodinium rubrum, al cual roba los cloroplastos que éste ingiere de criptofíceas (habitualmente del género Teleaulax). Dicho mènage a trois sigue siendo la unica forma de cultivar Dinophysis (Park y col. 2006).

Estructura estrellada de los cloroplastos (Chl) en D. acuminata, con los pirenoides (Pyr), responsables de la fijación de carbono mediante la enzima RUBISCO, en posición central. Fuente: García-Cuetos y col (2010)

Pero había dudas sobre si Dinophysis tenía cloroplastos permanentes porque los estudios moleculares y morfológicos eran contradictorios. Los cloroplastos en los miembros del mènage a trois eran genéticamente idénticos pero los de Dinophysis eran morfológicamente distintos a los demás.

Se agrupan con los pirenoides en posición terminal, unidos en el centro de una estructura estrellada con los tilacoides hacia el exterior. Los cloroplastos en Dinophysis están recubiertos por 2 membranas y sus tilacoides organizados en pares (García-Cuetos y col. 2010).

Nada de esto sucede en Mesodinium ni en las criptofíceas y dichos autores titularon su trabajo con un contundente: «The toxic dinoflagellate Dinophysis acuminata harbors permanent chloroplasts of cryptomonad origin, not kleptochloroplasts«.

No obstante, Kim y col. (2012) rebatieron esa conclusión con un brillante y sencillo experimento donde demostraron que Dinophysis modifica el aspecto de los cloroplastos robados a Mesodinium.

Observaron que Dinophysis no puede reparar los daños ocasionados por la luz a sus cloroplastos, que se deterioran y pasan de rojo brillante a verde paliducho. Cuando esto sucede nunca recuperan su color original. Se debe a que las ficoeritrinas se degradan en mayor medida que otros pigmentos como las clorofilas, lo cual se observa también en cultivos envejecidos de criptofíceas.

Viaje y transformación de los cloroplastos recién robados (rojos) a Mesodinium en D. caudata, durante las primeras 24 horas después de su ingestión. Fuente: Kim y col. (2012)

Pues bien, a mayor intensidad de luz mayor daño y más rápido se produce ese cambio de color. Siguiendo dicho razonamiento Kim y col. obtuvieron células verdes de D. caudata subiéndoles la luz de 10 a 160 μE, sin presas que echarse a la boca.

Luego les añadieron Mesodinium y comprobaron el desplazamiento de los nuevos cloroplastos rojos, que se mezclaban con los viejos verdes (no es un chiste) para organizarse en las estructuras estrelladas descritas por García-Cuetos y col. (2010).

Con el tiempo, después de ingerir Mesodinium, D. caudata recobraba su color rojo y apenas quedaban unos pocos cloroplastos verdes. Et voilà! Dinophysis posee cleptoplastos temporales.

2>>Los cleptoplastos de Dinophysis se dividen y regulan sus pigmentos

Hasta hace nada se creía que los cleptoplastos se diluían en la progenie como consecuencia de la división de Dinophysis. Pero en 2017, Rustherholz y col. demostraron que Dinophysis también divide los cleptoplastos, algo inédito en un protista sin núcleos de la presa fotosintética.

En este trabajo se utilizó microscopía confocal que permite reconstruir imágenes 3D de fluorescencia en alta resolución. Sus resultados indicaron que D. acuminata y D. acuta dividen los cleptoplastos y que el descenso del número (y volumen) de los mismos no se explica por divisiones sucesivas sino por el tiempo que transcurre sin presa.

Imagen confocal de autofluorescencia de Dinophysis acuminata, en posición lateral (B) y dorsal (C). Lo mismo para D. acuta (E y F). Fuente: Rustherholz y col. (2017)

La degradación de los cleptoplastos es más rápida en luz alta, tal y como habían señalado Kim y col (2012). Y en este sentido, otro trabajo reciente (Hansen y col. 2016), concluyó que Dinophysis acuta puede fotoregular pero no fotoaclimatar sus cleptoplastos. ¿Qué significa esto?

Fotoregulación implica sintetizar pigmentos fotosintéticos y fotoprotectores, mientras que fotoaclimatación supone además adaptar la actividad fotosintética a la luz que reciben los cloroplastos.

Yo pensaba que ambas cosas son inseparables en el funcionamiento de los cloroplastos, pero según dichos autores el último mecanismo no existiría en Dinophysis. Nada parece normal en ellas.

Hansen y col. mantuvieron a D. acuta en ayunas a dos luces distintas (15 y 100 μE). En luz baja se dividieron 2.3 veces en un mes pero mantuvieron la misma concentración celular de clorofila a demostrando la síntesis de pigmentos mientras que en luz alta su contenido de clorofila a se redujo a 1/3 del valor inicial.

Hansen y col. también observaron diferencias en la concentración y proporción de pigmentos fotosintéticos accesorios. Pero no encontraron evidencias de fotoaclimatación ya que los parámetros fotosintéticos obtenidos con fluorescencia PAM (Pulse Amplitude Modulated) fueron similares bajo ambas luces.

Eso sí, las células sufrían una caída dramática en la absorción de carbono inorgánico después de 10 días en luz alta y el funcionamiento de los cleptoplastos sólo se explicaría gracias a sustancias de reserva (lípidos y almidón).

¿Por qué son temporales los cloroplastos de Dinophysis?

Myrionecta rubra=Mesodinium rubrum. Geminigera no es la presa habitual sino Teleaulax. Fuente: Wisecaver & Hackett (2010).

Muchos dinoflagelados poseen cloroplastos permanentes robados a otros grupos algales: Durinskia, Galeidinium, Karenia, Karlodinium, Kryptoperidinium, Lepidodinium, etc.

Como hemos visto, Dinophysis mantiene un cierto control sobre sus cleptoplastos pero su naturaleza es temporal. El motivo es que Dinophysis no tiene las instrucciones genéticas para controlarlos indefinidamente y debe reponerlos a través de la alimentación a medida que se degradan y pierden actividad.

El ancestro común de los dinoflagelados (Dinophysis incluidas) poseía cloroplastos con peridinina, un pigmento característico de la mayoría de dinoflagelados fotosintéticos.

La información genética de esos cloroplastos es mínima en comparación a otros grupos algales. Su genoma está fragmentado en minicírculos y muchos de los genes que codifican sus proteínas y controlan el funcionamiento de los plástidos se transfirieron al núcleo.

Por el contrario, en Dinophysis sólo se han detectado cinco proteínas plastidales codificadas en el núcleo. Una de ellas procede de criptofíceas, dos de dinoflagelados con peridinina, y las dos restantes de haptofitas/dinoflagelados con fucoxantinas (Wisecaver & Hackett 2010). Dinophysis transformará sus cleptoplastos a cloroplastos permanentes si ello le supone una ventaja adaptativa, siguiendo el camino que ya recorrieron otros dinoflagelados. De ahí el interés de su estudio para desvelar los secretos evolutivos de la endosimbiosis.

3>>>Dinophysis no vive sólo de Mesodinium

Protoperidinium y Dinophysis acuta. La bolita es lo que resta de un Mesodinium, vacío y sujeto por el pedúnculo alimentario. Muestra natural de la estación P2 (Ría de Pontevedra). Autor: F. Rodríguez

Bien, ya sabemos que Dinophysis son mixótrofas y poseen cleptoplastos de Mesodinium. Al resto del ciliado se lo comen enterito, sin tenedor ni cuchillo: lo sorben como a un coco peludo, perforándolo y metiéndole una pajita (bueno, un pedúnculo alimentario para ser exactos).

Nadie ha descubierto otra forma de cultivar Dinophysis pero ¿no les cuesta creer que sobrevivan en el mar con esa dieta?

La confirmación de esta sospecha llegó en 2012 por parte del mismo grupo de investigadores que descubrieron cómo cultivar Dinophysis.

El ciliado Strombidium oculatum (A), alimentándose de macroalgas verdes del género Enteromorpha (B,C). Fuente: McManus (2004).

En un estudio sobre muestras naturales (Kim y col. 2012), analizaron los cleptoplastos de Dinophysis e identificaron secuencias genéticas no sólo de criptofíceas, sino también de otros grupos algales como rafidofíceas (Heterosigma akashiwo) y clorofíceas (Pyramimonas).

Esos cloroplastos alternativos deben proceder de otros ciliados diferentes a Mesodinium como Laboea, Strombidium, etc, que se alimentan de otros grupos algales y retienen sus cloroplastos.

De momento seguiremos cultivando Dinophysis al estilo coreano, como nos enseñaron Park y col. (2006). Espero que algún día pueda explicarles otra manera de mantenerlas, quizás al estilo gallego. Mientras tanto, en la próxima entrada, les contaré más novedades sobre Dinophysis.

Referencias

-García-Cuetos L. & col. The toxic dinoflagellate Dinophysis acuminata harbors permanent chloroplasts of cryptomonad origin, not kleptochloroplasts. HarmfulAlgae 9:25-38 (2010).

-Hansen P.J. & col. Photoregulation in a kleptochloroplastidic dinoflagellate Dinophysis acuta. Front. Microbiol. 7:1-11 (2016).

-Kim M. y col. Dinophysis caudata (Dinophyceae) sequesters and retains plastids from the mixotrophic ciliate prey Mesodinium rubrum. J. Phycol. 48:569-579 (2012).

-McManus G.B. Marine planktonic ciliates that prey on macroalgae and enslave their chloroplasts. Limnol. Oceanogr. 49:308–313 (2004).

-Park M.G. & col. First successful culture of the marine dinoflagellate Dinophysis acuminata. Aquat. Microb. Ecol. 45:101–106 (2006).

-Rusterholz P.M. & col. Evolutionary transition towards permanent chloroplasts? Division of kleptochloroplasts in
starved cells of two species of Dinophysis (Dinophyceae). PLoSONE 12(5):e0177512 (2017).

-Wisecaver J.H. & Hackett J.D. Transcriptome analysis reveals nuclear-encoded proteins for the maintenance of temporary plastids in the dinoflagellate Dinophysis acuminata. BMC Genomics 11:366 (2010).