'Nueva forma de vida' responde a cuestiones sobre la evolución celular

A la izquierda, E. Coli normal, a la derecha célula con membrana mixta
UNIVERSITY OF WAGENINGEN / VAN DER OOST LABORATORY
Actualizado 20/03/2018 15:00:40 CET

   MADRID, 20 Mar. (EUROPA PRESS) -

   'Bacteria' y 'Archaea' son dos de los tres dominios de la vida. Ambos deben haber evolucionado a partir del supuesto Último Ancestro Común Universal (LUCA, por sus siglas en inglés).

   Una hipótesis es que esto sucedió porque la membrana celular en LUCA era una mezcla inestable de lípidos. Ahora, científicos de la Universidad de Groningen y la Universidad de Wageningen, Países Bajos, han creado una forma de vida con una membrana mixta y descubrieron que, de hecho, es estable, refutando esta hipótesis. Publican resultados en PNAS.

   Hay muchas ideas sobre cómo la vida celular podría haber evolucionado hace miles de millones de años. Las protocélulas pueden haberse formado en minerales de arcilla o como simples vesículas de lípidos. En este último escenario, se habría producido algo llamado "división de lípidos", creando los dominios separados de 'Bacteria' y 'Archaea', explica Arnold Driessen, profesor de Microbiología Molecular de la Universidad de Groningen. "Las membranas lipídicas de ambos dominios son diferentes, compuestas por fosfolípidos que son la imagen del espejo de cada uno", dice.

   En términos técnicos: los lípidos en la membrana de las bacterias están formados por ácidos grasos de cadena lineal que están unidos por éster a una columna vertebral de glicerol-3-fosfato. Pero los lípidos en la membrana 'archaeal' tienen una columna vertebral de glicerol-1-fosfato, a la que los isoprenoides están unidos por enlaces éter.

   La idea detrás de la división de los lípidos es que un ancestro común tanto de las bacterias como de las arqueas tenía una membrana celular en la que se mezclaban ambos tipos de lípidos. "Esta membrana mixta sería menos estable que una membrana homogénea de un solo tipo de fosfolípido, por lo que finalmente se produjo una división, lo que resulta en los dos dominios de 'Bacteria' y 'Archaea", relata Driessen.

   Todo esto habría sucedido hace más de 3.500 millones de años, por lo que no podemos esperar ninguna evidencia sólida. Por lo tanto, Driessen y sus colaboradores decidieron "realizar ingeniería inversa" de un microorganismo con una membrana mixta. "Esto se ha intentado antes, pero estos experimentos dieron como resultado bacterias con cantidades muy pequeñas (<1 por ciento) de lípidos arcaicos", añade.

AUMENTAN LA PRODUCCIÓN DE UNA CLASE DE COMPUESTOS ORGÁNICOS

   Sin embargo, en el nuevo estudio esto aumentó al 30 por ciento. Dos avances clave lo hicieron posible: "En investigaciones previas, descubrimos una enzima que es crucial para la producción de lípidos de la membrana arquea. Esto lleva tres pasos y antes de eso solo se conocían dos de las enzimas involucradas. El otro avance vino de científicos de la Universidad de Wageningen", explica Driessen. "Lograron aumentar la producción de isoprenoides en la bacteria 'E. coli", dice. Los isoprenoides son una clase ubicua de compuestos orgánicos que incluye muchos sabores naturales, colores o fragancias.

   Ambos descubrimientos se transfirieron a una bacteria normal de 'E. coli, que fue una gran hazaña de ingeniería genética. "Y no sabíamos si el resultado final sería una célula viable", dice Driessen. Pero al final, funcionó bien. Con algunos ajustes, los científicos crearon una célula en la cual todo el fosfatidilglicerol, los lípidos que forman la bicapa básica de la membrana bacteriana, fueron reemplazados por su equivalente arcaico (archaetidilglicerol). Esto representa el 30 por ciento de los lípidos en la membrana. "Esta bacteria creció a velocidad normal y se mantuvo estable --dice Driessen--. Por lo tanto, este resultado no respalda la hipótesis de que una membrana mixta es intrínsecamente inestable y podría haber creado la división de lípidos".

   Driessen señala que las enzimas arqueas para la producción de lípidos de membrana son menos específicas en las reacciones que catalizan que sus equivalentes bacterianos. "Parecen ser más 'primordiales', de modo que la evolución de la especificidad de la enzima podría haber sido un motor para la división". Por supuesto, hay una advertencia importante: los experimentos se realizaron en la bacteria 'E. coli moderna', que evolucionó 3.500 millones de años más allá de la división original con las arqueas.

   "La solidez de estas células mixtas nos sorprendió. Esperábamos más problemas para mantenerlas vivos. Después de todo, lo que hemos diseñado equivale a una nueva forma de vida", dice. Las células modificadas fueron más alargadas que la 'E. coli' original. Y cuando la producción de lípidos de arqueas era muy elevada, el crecimiento se ralentizaba y la membrana desarrollaba apéndices lobulares.

   Además de las implicaciones evolutivas, este descubrimiento podría engendrar nuevas investigaciones. "Por ejemplo, podríamos diseñar un sistema de expresión bacteriana para las proteínas de la membrana arquea, como las producidas por hipertermófilos que crecen a temperaturas y presiones extremadamente altas", apunta. El trabajo de las dos universidades holandesas es parte del Origins Center, un programa nacional dedicado a la investigación en el origen de la vida en nuestro planeta.