"El pulgón alberga el mínimo de genes imprescindible para hacer una célula"

Los pulgones guardan un secreto que puede explicar algunas claves de la evolución. Todos los pulgones viven en pareja (simbiosis) con una bacteria. La relación viene de antiguo: se formalizó hace 200 millones de años y los dos miembros han evolucionado desde entonces en paralelo, diferenciándose de sus primos de otros linajes. Son distintos, por ejemplo, los pulgones (y sus bacterias) que azotan los rosales en un balcón de los que chupan la savia de un ciprés. La relación es vieja, pero ha funcionado bien sobre la base de lo que cada uno saca del otro: el insecto pone la casa (su propio organismo), y la bacteria, los nutrientes que el pulgón, vegetariano estricto, no puede obtener de su dieta.

"Ese mismo sistema puede utilizarse en el estudio de la comunidad microbiana del intestino humano, aunque es más complicado"

"Muchos genes han empezado a comportarse como si fueran seudogenes, de forma que la selección natural ya no actúa sobre ellos"

La investigadora Amparo Latorre (Valencia, 1955), del Instituto Cavanilles de la Universitat de Valencia, sin embargo, ha descubierto una grave crisis en una de esas relaciones: una nueva bacteria ha irrumpido en la aparentemente tranquila vida conyugal, dando lugar a lo que parece un trío. La explicación, simplificando mucho, es que parece ser que la vieja bacteria ya no es capaz de darle al pulgón lo que necesita. La vida acomodaticia dentro del insecto le ha hecho perder un número formidable de genes -tiene el número más pequeño jamás descrito-, lo que parece conducirla hacia la extinción. Su lugar sería ocupado por el nuevo microorganismo. Latorre ha publicado la que sería primera sustitución conocida en una simbiosis en la revista Science.

Pregunta. ¿Por qué pierde la bacteria vieja (Buchnera del cedro) sus genes a tanta velocidad?

Respuesta. Está relacionado con el proceso de reducción genómica que sufren tanto los patógenos como los simbiontes mutualistas (beneficiosos) al cambiar de un ambiente de vida libre, que es, digamos, agresivo, a un ambiente intracelular, un ambiente estable donde tienen los recursos que necesitan. En ese momento empiezan a perder genes, y el problema es que pierden genes que son necesarios, aunque no esenciales. Es el caso de algunos implicados en reparar las mutaciones, en reparar procesos que alteran la estructura de los cromosomas. Su pérdida provoca que las mutaciones se vayan acumulando mucho más rápido de lo normal, y que los genes se degraden.

P. ¿Qué consecuencias se pueden prever?

R. Muchos genes han empezado a comportarse como si fueran seudogenes, de forma que la selección natural ya no actúa sobre ellos. Son genes, porque pueden traducirse y codifican una proteína. Pero si la estudias, ves que la forma que adoptan es mala, que se pliega mal y no funcionan. La consecuencia, creemos, sería la extinción de ese gen.

P. Ahí entra en juego la nueva bacteria.

R. Todos los pulgones son primos hermanos. Proceden de un ancestro común, pero llevan 200 millones de años de evolución, y hay distintos linajes adaptados a distintas plantas. Los otros pulgones llevan también Buchnera, pero no han reducido tanto su genoma. Pensamos que en el pulgón del cedro el proceso está más avanzado. Ha perdido, y eso es lo más increíble, la ruta completa del triptófano y de la vitamina riboflavina. Y si es así, es posible que sea porque se está produciendo su sustitución por otra bacteria, llamada Candidatus serratia simbiótica, que sí es capaz de hacerlo. O sea, el pulgón necesita el suministro de nutrientes esenciales, pero digamos que le da igual quién se los dé. Si el destino final de la Buchnera es extinguirse, será solamente porque el pulgón tiene otro recurso.

P. ¿No hay posibilidad de que se estabilice el trío?

R. Si se mantuviera, y eso sería realmente bonito, será porque a lo mejor ella también necesita algo que Buchnera hace. Y entonces sí, tendría que perpetuarse el trío. Pero con los datos que tenemos ya -estamos hacia el final de la secuenciación de la segunda bacteria-, creemos que probablemente Serratia todavía es autosuficiente. Es más similar a las Buchnera de los otros pulgones, fabrica todos los aminoácidos y tiene un sistema posiblemente más elaborado.

P. La Buchnera del pulgón del cedro tiene el genoma más pequeño que se ha descrito. ¿Es ése el límite?

R. En el genoma mínimo lo imprescindible es definir el ambiente en el que vive el microorganismo. Porque en función del ambiente necesitará más o menos genes. En el caso de esta Buchnera, el ambiente son las células del insecto, células eucariotas que le proporcionan muchas cosas, entre otras, un ambiente estable. La bacteria, a cambio, le proporciona aminoácidos y vitaminas (riboflavina). En otras situaciones, por ejemplo en el de las moscas tse-tse, el ambiente de las bacterias es la sangre de los vertebrados. La situación es diferente, pues el insecto se alimenta de la sangre de los vertebrados; es decir, tienen aminoácidos en su dieta, pero no vitaminas. Y eso es lo que proporciona la bacteria simbionte correspondiente.

Por eso, lo importante es ver el mínimo no implicado en la simbiosis, sino implicado en hacer la célula. Es lo que se llama mínimo de genes implicados en procesos de información. En replicar, transcribir y traducir. Y en ese sentido sí que pensamos que nuestro estudio está definiendo el mínimo imprescindible para hacer una célula. Nosotros hemos calculado 362 que serían en torno a los 300 si les quitas los genes implicados en la biosíntesis de aminoácidos.

P. ¿Se puede ver como una receta para fabricar vida?

R. A los estudiantes, cuando me preguntan para qué sirve todo esto, les digo siempre que es puro conocimiento. Estamos hablando de ciencia básica. No existe el objetivo de producir al día siguiente una vacuna. Pero, desde luego, abre posibilidades bioquímicas, fisiológicas, médicas, y a los microbiólogos... Y puede ayudar mucho a lo que se llama biología sintética. Porque estos genomas mínimos te permiten conocer rutas mínimas. En ese campo se utilizan modelos como Escherichia coli que, comparada con Buchnera, resulta complicadísima.

P. Van a entrar en el campo de los patógenos.

R. Creemos que nuestra investigación puede aportar luz a un campo en el que faltan muchas cosas por saber. No sabemos, por ejemplo, qué hace que cuando una bacteria de vida libre, por ejemplo, la Escherichia coli, la intestinal, entra en una célula, en un organismo eucariótico, en un perro, o en una célula humana, qué hace que se desencadene el proceso por el que se convierte en patógeno o en mutualista. La diferencia es esencial. El patógeno produce daño y el mutualista produce beneficio.

Ninguna de las bacterias del cedro puede cultivarse en el laboratorio. Y tampoco el cedro se puede cultivar en condiciones estables. Así que para secuenciar la Serratia, la bacteria nueva, hemos optado por utilizar la metagenómica. Secuenciamos las dos bacterias juntas y luego, teniendo ya el genoma de Buchnera, utilizamos la bioinformática para intentar separarlas y determinar sus genomas. Ese mismo sistema puede utilizarse en el estudio del microbioma, o comunidad microbiana del intestino humano, aunque es más complicado. En el pulgón tenemos sólo dos bacterias, pero en el intestino hay una comunidad de cientos. El reto vale la pena por su trascendencia científica y social. Vamos a trabajar con investigadores del hospital La Fe, de Valencia, para estudiar la flora digestiva y dolencias como el intestino irritable y la enfermedad de Crohn.