La agrupación tradicional de formas de vida en procariotas y eucariotas se revisó en 1977 cuando la caracterización de la secuencia de ARNr reveló que las arqueas (entonces llamadas 'arqueobacterias') están "tan distantemente relacionadas con las bacterias como las bacterias con los eucariotas". en eubacterias (que comprenden todas las bacterias típicas), arqueas y eucariotas. Quedaba pendiente la cuestión del origen de los eucariotas. A su debido tiempo, comenzaron a acumularse evidencias a favor de la ascendencia arqueológica de los eucariotas. De particular interés fue el hallazgo de que Asgard archaea tiene varios cientos de genes de proteínas de firma eucariotas (ESP) en su genoma. Los ESP juegan un papel crucial en el desarrollo del citoesqueleto y las estructuras celulares complejas características de los eucariotas. En un estudio innovador publicado el 21 de diciembre de 2022, los investigadores informaron el cultivo exitoso de una cultura enriquecida de escurridizas arqueas de Asgard que obtuvieron imágenes mediante tomografía crioelectrónica. Observaron que las células de Asgard tenían un citoesqueleto complejo basado en actina. Esta fue la primera evidencia visual directa de la ascendencia arqueológica de los eucariotas, un paso significativo en la comprensión del origen de los eucariotas.
Hasta 1977, las formas de vida en la Tierra se agrupaban en eucariotas (formas complejas caracterizadas por la inclusión del material genético de la célula en un núcleo bien definido y la presencia de un citoesqueleto) y procariotas (formas de vida más simples con material genético en el citoplasma sin un núcleo específico, incluyendo bacterias y arqueobacterias). Se creía que los eucariotas celulares evolucionaron hace unos 2 millones de años, probablemente a partir de los procariotas. Pero, ¿cómo se originaron exactamente los eucariotas? ¿Cómo se relacionan las formas de vida celulares complejas con las más simples? Esta era una gran incógnita en biología.
Los avances tecnológicos en biología molecular de genes y proteínas ayudaron a profundizar en el núcleo del problema cuando, en 1977, se descubrió que las arqueas (entonces llamadas "arqueobacterias") estaban " tan distantemente relacionadas con las bacterias como las bacterias con los eucariotas ". La distinción anterior de las formas de vida en procariotas y eucariotas se basaba en diferencias fenotípicas a nivel de orgánulos celulares. La relación filogenética debería, en cambio, basarse en una molécula ampliamente distribuida. El ARN ribosómico (ARNr) es una de esas biomoléculas que está presente en todos los sistemas autorreplicantes y cuyas secuencias cambian muy poco con el tiempo. El análisis basado en la caracterización de la secuencia del ARNr hizo necesaria la agrupación de los organismos vivos en eubacterias (que comprenden todas las bacterias típicas), arqueas y eucariotas 1.
Posteriormente, comenzaron a surgir evidencias de una relación más estrecha entre arqueas y eucariotas. En 1983, se descubrió que las ARN polimerasas dependientes de ADN de arqueas y eucariotas son del mismo tipo; ambas presentan propiedades inmunoquímicas sorprendentemente similares y ambas derivan de una estructura ancestral común² . Basándose en un árbol filogenético compuesto inferido de un par de proteínas, otro estudio publicado en 1989 reveló una relación más estrecha de las arqueas con los eucariotas que con las eubacterias³ . Para entonces, el origen arqueal de los eucariotas ya estaba establecido, pero aún quedaba por identificar y estudiar la especie exacta de arquea.
El auge de los estudios genómicos tras el éxito del proyecto del genoma supuso un impulso muy necesario para este campo. Entre 2015 y 2020, varios estudios descubrieron que las arqueas Asgard poseen genes específicos de eucariotas. Sus genomas están enriquecidos con proteínas consideradas específicas de eucariotas. Estos estudios identificaron claramente a las arqueas Asgard como genéticamente muy cercanas a los eucariotas, debido a la presencia de cientos de genes de proteínas características de eucariotas (ESP, por sus siglas en inglés) en su genoma.
El siguiente paso fue visualizar físicamente la estructura del sótano interno de las arqueas de Asgard para confirmar el papel de los ESP, ya que se cree ampliamente que los ESP juegan un papel clave en la formación de estructuras celulares complejas. Para esto, se necesitaban cultivos altamente enriquecidos de esta arquea, pero se sabe que Asgard es escurridizo y misterioso. causando dificultad en el cultivo en cantidad suficiente para estudiarlos en un laboratorio. Según un estudio publicado recientemente el 21 de diciembre de 2022, esta dificultad ya se ha superado.
Tras seis años de arduo trabajo, los investigadores perfeccionaron técnicas y lograron cultivar con éxito en laboratorio una cepa altamente enriquecida de ' Candidatus Lokiarchaeum ossiferum' , perteneciente al filo Asgard. Este logro fue extraordinario, ya que permitió visualizar y estudiar las estructuras celulares internas de Asgard.
Se empleó la criotomografía electrónica para obtener imágenes del cultivo de enriquecimiento. Las células Asgard presentaban cuerpos celulares cocoides y una red de prolongaciones ramificadas. La estructura de la superficie celular era compleja. El citoesqueleto se extendía por todo el cuerpo celular. Los filamentos bicatenarios retorcidos componen la lokiactina (es decir, homólogos de la actina codificados por Lokiarchaeota). Por lo tanto, las células Asgard poseían un citoesqueleto complejo basado en actina, que, según proponen los investigadores, precedió a la evolución de los primeros eucariotas.
Como la primera evidencia física/visual concreta de la ascendencia arqueológica de los eucariotas, este es un progreso notable en biología.
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Referencias:
- Woese CR y Fox GE, 1977. Estructura filogenética del dominio procariótico: Los reinos primarios. Publicado en noviembre de 1977. PNAS. 74 (11) 5088-5090. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088
- Huet, J., et al 1983. Las arqueobacterias y los eucariotas poseen polimerasas de ARN dependientes de ADN de un tipo común. EMBO J. 2, 1291–1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x
- Iwabe, N., et al 1989. Relación evolutiva de arqueobacterias, eubacterias y eucariotas deducidas de árboles filogenéticos de genes duplicados. proc. Academia Nacional. ciencia EE. UU. 86, 9355–9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355
- Rodrigues-Oliveira, T., et al. 2022. Citoesqueleto de actina y arquitectura celular compleja en un archaeon de Asgard. Publicado: 21 de diciembre de 2022. Naturaleza (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y
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