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

La biosíntesis de proteínas y ácidos nucleicos requiere nitrógeno; sin embargo, el nitrógeno atmosférico no está disponible para los eucariotas para la síntesis orgánica. Solo unos pocos procariotas (como cianobacterias , clostridios , arqueas , etc.) tienen la capacidad de fijar el nitrógeno molecular abundantemente disponible en la atmósfera . Algunas bacterias fijadoras de nitrógeno viven dentro de las células eucariotas en simbiosis, como endosimbiontes. Por ejemplo, la cianobacteria Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) es un endosimbionte de la microalga unicelular Braarudosphaera bigelowii en sistemas marinos. Se cree que este fenómeno natural desempeñó un papel crucial en la evolución de los orgánulos celulares eucariotas , mitocondrias y cloroplastos, mediante la integración de bacterias endosimbióticas a la célula eucariota. En un estudio publicado recientemente, los investigadores descubrieron que la cianobacteria " UCYN-A " se había integrado estrechamente con la microalga eucariota Braarudosphaera bigelowii y había evolucionado de un endosimbionte a un orgánulo celular eucariota fijador de nitrógeno llamado nitroplasto. Esto convirtió a la microalga Braarudosphaera bigelowii en el primer eucariota fijador de nitrógeno conocido. Este descubrimiento ha ampliado la función de fijación del nitrógeno atmosférico de los procariotas a los 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 blandos. La visualización de la morfología celular y la división del alga reveló un ciclo celular coordinado en el que la cianobacteria endosimbionte se dividió uniformemente, al igual que los cloroplastos y las mitocondrias en un eucariota durante la división celular. El estudio de las proteínas implicadas en las actividades celulares reveló que una fracción considerable de ellas estaba codificada por el genoma del alga. Esto incluía proteínas esenciales para la biosíntesis, el crecimiento y la división celular. Estos hallazgos sugieren que la cianobacteria endosimbionte se integró estrechamente con el sistema celular del huésped y pasó de ser un endosimbionte a un orgánulo de pleno derecho 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. Este nuevo orgánulo se denomina nitroplasto debido a su capacidad para fijar el nitrógeno.

Esto convierte a la microalga unicelular Braarudosphaera bigelowii en el primer eucariota fijador de nitrógeno. Este descubrimiento podría tener implicaciones a largo plazo para la agricultura y la industria de fertilizantes químicos.

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Referencias:  

1. Coale, Texas Figura XNUMX 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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