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El genoma de los “osos de agua” podría tener la clave para desarrollar cultivos resistentes a la sequía


La capacidad de sobrevivencia a ambientes extremos del tardígrado, como altas temperaturas o desecasión, puede ofrecer nuevos caminos genéticos para desarrollar cultivos resistentes a la sequía, mejor preservación de medicamentos y combatir enfermedades.


Horizon Magazine /.- A pesar de ser apodados como “lechones de musgo”, los tardígrados hacen mucho más que simplemente husmear en la vegetación húmeda. Estos organismos microscópicos, que se encuentran en ecosistemas que van desde las cimas de las montañas hasta las aguas profundas, pueden soportar tensiones extremas como la sequía extrema y la congelación, e incluso se sabe que sobreviven en el espacio.

Nuevas ideas sobre cómo los tardígrados (o popularmente conocidos como “osos de agua”) sobreviven en ambientes extremadamente secos podrían revelar nuevas formas de preservar los medicamentos, aumentar la tolerancia de los cultivos a la sequía o combatir enfermedades, pero hasta ahora no hay una respuesta simple sobre cómo estas pequeñas criaturas soportan la desecación extrema.

Eso hace que estas criaturas sean cada vez más interesantes para los científicos, que buscan comprender los procesos moleculares que las convierten en uno de los organismos más resistentes que conoce la biología.

Un área clave de investigación es cómo pueden sobrevivir en condiciones extremadamente secas, en las que se acurrucan y entran en un estado latente conocido como “tun”, una forma de animación suspendida que detiene el metabolismo. Luego pueden revivir años más tarde cuando las condiciones sean las adecuadas.

“De todos los factores ambientales abióticos (físicos), la desecación se considera la más perjudicial para los organismos”, dijo la Dra. Maria Kamilari, investigadora postdoctoral en ecología evolutiva de la Universidad de Copenhague en Dinamarca. “Comprender los mecanismos de tolerancia extrema a la desecación puede tener un gran impacto para las ciencias naturales y biomédicas”.

Vacunas

Una aplicación que sugiere la Dra. Kamilari es para preservar las moléculas utilizadas en las vacunas a través de métodos distintos al almacenamiento refrigerado. Algunos estudios han demostrado que las proteínas específicas que se encuentran en los tardígrados pueden proteger de la desecación o congelación a ciertas enzimas contenidas en medicamentos conocidos como productos biológicos.

Si entendemos mejor los procesos, también es posible en el futuro mejorar la tolerancia en otros organismos, como ayudar a los cultivos a sobrevivir mejor las condiciones de sequía, dice el Dr. Kamilari.

Pero aunque se ha publicado una gran cantidad de hallazgos sobre tardígrados en los últimos años, “la realidad es que todavía no tenemos tanta información”, dijo la Dra. Kamilari. Por ejemplo, carecemos de suficientes genomas de tardígrados (una descripción general de su conjunto completo de instrucciones genéticas) y transcriptomas: un catálogo de la gama completa de moléculas expresadas por esos genes.

En un proyecto que lidera llamado BIOSTASIS, ha estado tratando de mapear algunos de estos elementos fundamentales y luego descubrir si hay una característica molecular o un conjunto de características que permitan esta “animación suspendida” bajo estrés por desecación. Está examinando, por ejemplo, qué genes se ‘activan’ y ‘desactivan’ o tienen un nivel diferente de actividad cuando los tardígrados entran y salen de este estado.

Primer transcriptoma

La Dra. Kamilari y sus colegas produjeron recientemente (las secuenciaciones) de los primeros transcriptomas de una especie tardígrada marina y otra terrestre que recolectaron y analizaron. Luego los compararon con los datos conocidos de otras dos especies de tardígrados terrestres y otros seis organismos, desde la levadura hasta los humanos, para ver si estos lechones musgosos tenían características únicas que daban pistas sobre sus habilidades para combatir la sequía.

Sin embargo, la imagen era compleja: aunque las especies tardígradas tenían algunas características en común, también parecía haber grandes variaciones. Esto significa que diferentes tipos de tardígrados pueden haber desarrollado diferentes formas de adaptarse al estrés, dice la Dra. Kamilari.

Extraño fue el hecho de que la especie marina, considerada la ‘más dura’ de las cuatro examinadas, parecía no tener expresión de una cantidad de proteínas clave que se cree que son específicas del tardígrado y están relacionadas con la sobrevivencia al estrés, como la proteína citosólica soluble abundante en calor (CAHS).

Por lo tanto, esto podría significar que “menos es más” para los tardígrados, dice la Dra. Kamilari, yendo en contra de la línea de pensamiento de que ‘si tienes más, entonces tienes un arsenal más grande para contraatacar “.

Ciertos mecanismos o series de mecanismos también podrían ser más importantes que los genes o moléculas individuales, dice la Dra. Kamilari, algo que ahora está investigando más, junto con la recopilación de más información para aumentar los datos de referencia sobre tardígrados.

“No hemos encontrado una característica unificadora en nuestros resultados”, dijo. “Creo que estamos muy lejos de encontrar el resultado final”.

Los hallazgos también plantean preguntas interesantes para la evolución, en términos de si la supervivencia a la desecación, conocida como anhidrobiosis, era un rasgo preexistente que ciertos organismos retuvieron o que evolucionaron independientemente en diferentes linajes. A pesar de que relativamente pocas especies conocidas muestran esa característica, aparece en el árbol de la vida, dijo Kamilari, incluso en plantas, gusanos nematodos, hongos, bacterias y animales acuáticos microscópicos conocidos como rotíferos.

El Dr. Xiaohan Li, investigador postdoctoral en el grupo del Dr. Madan Babu en el Laboratorio del Consejo de Investigación Médica de Biología Molecular en Cambridge, Reino Unido, está de acuerdo en que aún hay mucho por descubrir sobre los tardígrados. “Cómo sobreviven a estas tensiones sigue siendo un misterio”, dijo.

En su propio proyecto, Desiccation Survival, está utilizando análisis computacionales y experimentales para concentrarse en las proteínas CAHS en tardígrados y descubrir cómo protegen las células de la desecación. En el futuro, descubrir esto podría ayudar a replicar estas habilidades para otros usos.

“Si sabemos cuáles son las propiedades de algunas moléculas que son importantes en este proceso, podríamos encontrar o diseñar moléculas similares para aplicar en humanos y otros materiales de ingeniería”, dijo el Dr. Li.

Desordenado

Explica que las proteínas CAHS son ‘proteínas intrínsecamente desordenadas’ (PID), lo que significa que carecen de una estructura tridimensional única y bien definida, a diferencia de las proteínas rígidas y ordenadas más conocidas.

La importancia de los PID en los organismos ha salido a la luz cada vez más en los últimos años, con algunas estimaciones de que un tercio del proteoma, o conjunto completo de las proteínas, en muchos organismos contiene secuencias desordenadas.

En condiciones extremadamente secas, las proteínas CAHS en las células tardígradas se transforman desde estructuras sin forma y flexibles en un tipo de ‘biovidrio’, que mantiene unidas las proteínas y moléculas clave hasta que el animal se rehidrata.

“Estamos tratando de entender por qué estas proteínas, incluso sin estructuras estables, pueden funcionar para proteger moléculas y tardígrados”, dijo el Dr. Li. “Nuestro conocimiento de cómo lo hacen aún es limitado”.

Además de un análisis computacional de las secuencias de aminoácidos que forman las proteínas CAHS conocidas, él planea llevar a cabo pruebas para ver el efecto de transferirlas de los tardígrados a la levadura. En experimentos preliminares, pudo reproducir observaciones previas de que esto aumenta la resistencia de la levadura a la desecación, pero quiere ir más allá al descubrir el alcance de la similitud y si se pueden encontrar nuevas secuencias que ayuden a la supervivencia a la sequía.

La investigación podría mejorar aún más nuestro conocimiento de los procesos de estrés celular subyacentes y los PID en general, que se han relacionado con una amplia gama de enfermedades, como el Alzheimer, las enfermedades cardiovasculares, el cáncer y la diabetes. “Estas proteínas consisten en una pieza muy importante del rompecabezas en términos de nuestra comprensión de la salud y las enfermedades humanas”, dijo el Dr. Li.

Pero la salud es solo una posibilidad para desentrañar los secretos de los tardígrados, lo que podría ayudar en una amplia gama de áreas, dice Kamilari, incluidas, por ejemplo, estrategias ‘verdes’ como encontrar alternativas de almacenamiento en seco para la congelación.

“Aunque es un cliché, creo que hay infinitas posibilidades”, dijo. “Si entendemos los mecanismos para sobrevivir a la desecación, entonces podemos abordar muchos problemas diferentes”.


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