Vida extrema: Antiguos genes protegen a las algas de la sal y el frío en la Antártida

El glicerol, utilizado en el pasado como anticongelante para automóviles, es producido por una variedad de organismos, desde levaduras hasta vertebrados, algunos de los cuales lo usan como osmoprotector. Es una molécula que previene la peligrosa pérdida de agua en ambientes salados, mientras que otros lo usan como anticongelante. En este estudio, científicos de la Universidad de Nevada y la Universidad de Miami en Ohio muestran que dos especies de algas verdes unicelulares Chlamydomonas de la Antártida, llamadas UWO241 e ICE-MDV, producen altos niveles de glicerol para protegerse de la pérdida de agua osmótica y posiblemente también de la congelación.

Actualmente, se sabe que solo otro organismo, un pez del Ártico, usa glicerol para ambos propósitos. Ambas especies sintetizan glicerol con enzimas codificadas por múltiples copias de una antigua familia de genes recientemente descubierta. Estos resultados, publicados hoy en la revista de acceso abierto Frontiers in Plant Science, ilustran la importancia de las adaptaciones que permiten que la vida no sólo sobreviva sino que prospere en hábitats extremos.

Los investigadores recolectaron ambas especies de Chlamydomonas en profundidades de 13 a 17m -una región con un gradiente de salinidad pronunciado- en el lago Bonney, permanentemente cubierto de hielo en los Valles Secos McMurdo de Victoria Land, Antártida. Anteriormente, demostraron que ambas especies están notablemente adaptadas a su hábitat extremo, con un aparato fotosintético adaptado a condiciones frías, salinas y con poca luz, proteínas novedosas, membranas celulares más fluidas que funcionan a bajas temperaturas y proteínas que unen hielo que proteger contra lesiones por congelación-descongelación.

«Nuestro objetivo general es comprender cómo los microorganismos sobreviven en ambientes extremos. Las especies de Chlamydomonas del lago Bonney son muy adecuadas para estos estudios porque están expuestas a muchas condiciones extremas, que incluyen poca luz, baja temperatura, estrés oxidativo y alta salinidad. Los resultados actuales son los primeros en mostrar que la producción de glicerol por microorganismos, que es bien conocida en ambientes cálidos y salados, también es importante en las regiones polares«, asegura el autor del estudio, el Dr. James Raymond, profesor de investigación adjunto en la Facultad de Ciencias de la Vida, Universidad de Nevada, Las Vegas, Estados Unidos.

Aquí, los autores muestran que UWO241 e ICE-MDV llevan tres y cinco copias, respectivamente, de una familia de genes que recientemente se demostró que sintetiza glicerol en algas de climas templados de parentesco lejano. Han demostrado que, en el laboratorio, UWO241 aumenta constantemente su concentración de glicerol dentro de la célula en más de cuatro veces a medida que la concentración de sal en el medio aumenta de 400 a 1300 mM de NaCl, aproximadamente de 0,8 a 2,5 veces la salinidad del agua de mar. También han mostrado un aumento paralelo en la transcripción de ADN a ARN de una de las copias del gen, lo que sugiere de forma clara que esta familia de genes es igualmente necesaria y suficiente para sintetizar glicerol en Chlamydomonas del lago Bonney.

La vida extrema parece que se abre paso en los ambientes más inhóspitos… ¿Tal vez también fuera de la Tierra?

Un «árbol genealógico» filogenético basado en la similitud de la secuencia de proteínas muestra que esta familia de genes es antigua, posiblemente se remonta al origen de los organismos eucariotas hace más de mil millones de años, mientras que múltiples copias dentro de cada especie son el resultado de duplicaciones genéticas recientes, seguidas de su divergencia surgida con el tiempo. Estas proteínas contienen tres regiones: una etiqueta que la dirige al cloroplasto (donde se realiza la fotosíntesis), un dominio que convierte la molécula de dihidroxiacetona fosfato en glicerol-3-fosfato y otro dominio que convierte este producto intermedio en glicerol.

«Parece probable que la enzima se haya originado mediante la fusión de dos genes ancestrales, uno que codifica una fosfoserina fosfatasa y otro que codifica una glicerol-3-fosfato deshidrogenasa dependiente de NAD +. Esto parece haber sucedido por primera vez en un ancestro antiguo de las algas verdes”, especula Raymond.

Raymond enfatiza que el glicerol es el principal, pero probablemente no el único osmoprotector en Chlamydomonas del lago Bonney: los aumentos en el azúcar y los aminoácidos dentro de las células también podrían ayudar a mantener el equilibrio osmótico. Las Chlamydomonas también podrían producir glicerol a través de vías adicionales, por ejemplo, a través de la degradación de triglicéridos.

«Las recientes revelaciones sobre la capacidad de los microorganismos para sobrevivir en ambientes extremos ya están teniendo un gran impacto en el pensamiento actual sobre la posibilidad de vida en otros cuerpos del sistema solar, donde los cuerpos de agua fría y salada, e incluso los océanos, parecen estar abundante«, concluye Raymond.

Fuente: Frontiers in Plant Science.