Descubrimiento del nitroplasto de orgánulo celular fijador de nitrógeno en un alga eucariótica   

Biosíntesis de proteínas y ácido nucleico exigir nitrógeno sin embargo, el nitrógeno atmosférico no está disponible para eucariotas para síntesis orgánica. Sólo unos pocos procariotas (como cianobacterias, clostridios, arqueas etc) tienen la capacidad de fijar el nitrógeno molecular abundantemente disponible en el ambiente. Algo de fijación de nitrógeno bacterias fotosintéticas Viven dentro de células eucariotas en relación simbiótica como endosimbiontes. Por ejemplo, las cianobacterias Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) es un endosimbionte de la microalga unicelular Braarudosphaera bigelowii en sistemas marinos. Se cree que este fenómeno natural jugó un papel crucial en la evolución de los eucariotas. (SCD por sus siglas en inglés), orgánulos, mitocondrias y cloroplastos mediante la integración de bacterias endosimbióticas a la célula eucariota. En un estudio publicado recientemente, los investigadores encontraron que las cianobacterias “UCYN-A”se había integrado estrechamente con las microalgas eucariotas Braarudosphaera bigelowii y evolucionó de un endosimbionte a un orgánulo de células eucariotas fijadores de nitrógeno llamado nitroplasto. Esto hizo que las microalgas Braarudosphaera bigelowii el primer eucariota fijador de nitrógeno conocido. Este descubrimiento ha ampliado la función de fijación de nitrógeno atmosférico de procariotas a eucariotas.  

La simbiosis, es decir, organismos de diferentes especies que comparten hábitat y viven juntos, es un fenómeno natural común. Los socios en la relación simbiótica pueden beneficiarse uno del otro (mutualismo), o uno puede beneficiarse mientras el otro no se ve afectado (comensalismo) o uno se beneficia mientras el otro resulta perjudicado (parasitismo). La relación simbiótica se llama endosimbiosis cuando un organismo vive dentro de otro, por ejemplo, una célula procariótica que vive dentro de una célula eucariota. La célula procariótica, en tal situación, se llama endosimbionte.  

La endosimbiosis (es decir, la internalización de procariotas por una célula eucariota ancestral) jugó un papel crucial en la evolución de las mitocondrias y los cloroplastos, los orgánulos celulares característicos de las células eucariotas más complejas, que contribuyeron a la proliferación de formas de vida eucariotas. Se cree que una proteobacteria aeróbica entró en una célula eucariota ancestral para convertirse en endosimbionte en un momento en que el medio ambiente se estaba volviendo cada vez más rico en oxígeno. La capacidad de la proteobacteria endosimbionte de utilizar oxígeno para producir energía permitió que el eucariota huésped prosperara en el nuevo entorno, mientras que los otros eucariotas se extinguieron debido a la presión de selección negativa impuesta por el nuevo entorno rico en oxígeno. Finalmente, la proteobacteria se integró con el sistema huésped para convertirse en una mitocondria. De manera similar, algunas cianobacterias fotosintetizadoras entraron en los eucariotas ancestrales para convertirse en endosimbiontes. A su debido tiempo, se asimilaron al sistema huésped eucariota para convertirse en cloroplastos. Los eucariotas con cloroplastos adquirieron la capacidad de fijar carbono atmosférico y se convirtieron en autótrofos. La evolución de los eucariotas fijadores de carbono a partir de los eucariotas ancestrales fue un punto de inflexión en la historia de la vida en la Tierra. 

El nitrógeno es necesario para la síntesis orgánica de proteínas y ácidos nucleicos; sin embargo, la capacidad de fijar nitrógeno atmosférico está limitada sólo a unos pocos procariotas (como algunas cianobacterias, clostridios, arqueas, etc.). Ningún eucariota conocido puede fijar de forma independiente el nitrógeno atmosférico. En la naturaleza se observan relaciones endosimbióticas mutualistas entre procariotas fijadores de nitrógeno y eucariotas fijadores de carbono que necesitan nitrógeno para crecer. Un ejemplo de ello es la asociación entre la cianobacteria Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) y la microalga unicelular Braarudosphaera bigelowii en sistemas marinos.  

En un estudio reciente, se investigó la relación endosimbiótica entre la cianobacteria Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) y la microalga unicelular Braarudosphaera bigelowii mediante tomografía de rayos X suaves. La visualización de la morfología celular y la división del alga reveló un ciclo celular coordinado en el que las cianobacterias endosimbiontes se dividían uniformemente de la misma manera que los cloroplastos y las mitocondrias en un eucariota se dividen durante la división celular. El estudio de las proteínas implicadas en la actividad celular reveló que una fracción considerable de ellas estaban codificadas por el genoma de las algas. Esto incluía proteínas esenciales para la biosíntesis, el crecimiento y la división celular. Estos hallazgos sugieren que las cianobacterias endosimbiontes se habían integrado estrechamente con el sistema celular huésped y pasaron de ser un endosimbionte a un orgánulo completo de la célula huésped. Como consecuencia, la célula del alga huésped adquirió la capacidad de fijar nitrógeno atmosférico para la síntesis de proteínas y ácidos nucleicos necesarios para el crecimiento. El nuevo orgánulo recibe su nombre. nitroplasto debido a su capacidad de fijación de nitrógeno.  

Esto hace que las microalgas unicelulares Braarudosphaera bigelowii el primer eucariota fijador de nitrógeno. Este desarrollo puede tener implicaciones para agricultura y la industria de fertilizantes químicos a largo plazo.

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Referencias:  

1. Coale, Texas et al. 2024. Organelo fijador de nitrógeno en un alga marina. Ciencia. 11 de abril de 2024. Vol. 384, Número 6692 págs. 217-222. DOI: https://doi.org/10.1126/science.adk1075 

2. Massana R., 2024. El nitroplasto: un orgánulo fijador de nitrógeno. CIENCIA. 11 de abril de 2024. Vol. 384, Número 6692. págs. 160-161. DOI: https://doi.org/10.1126/science.ado8571  

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