Cuando una pandemia mundial obligó al ex estudiante de posgrado Devon Boland, Ph.D., a salir del laboratorio y trabajar frente a la computadora, encontró un mundo de diferencia oculto en la especie largamente estudiada de Botryoccocus braunii, y descubrió que no se trata de una sola especie, sino de tres.
Por Ashley Vargo, Universidad Texas A&M
Botryococcus braunii fue descubierto por primera vez a mediados del siglo XIX. Técnicamente es una planta, realiza la fotosíntesis y, lo que resulta más interesante para los investigadores, produce grandes cantidades de hidrocarburos que pueden utilizarse como fuente renovable de combustible.
Anteriormente se creía que se trataba de una única especie con tres razas: A, B y L, cada una de las cuales produce tipos de aceites ligeramente diferentes. Pero después de descubrir una drástica diferencia genética del 20% al 30% entre cada raza , un equipo de investigadores de Texas A&M AgriLife propuso una nueva clasificación y completó el sueño de cualquier biólogo de ponerle nombre a las especies.
«Como estudiante de posgrado, lees artículos que dicen lo mismo, que se trata de una única especie con tres razas químicas, y lo asimilas», dijo Boland, primer autor del estudio que muestra las comparaciones genómicas. «Empiezas a pensar que debe ser cierto. Nadie ha descubierto lo contrario, y todos esos científicos han tenido carreras mucho más largas que yo; soy solo un niño.
«Pero terminé proponiendo nombres para una especie que fueron aceptados para su publicación, algo que nunca pensé que sucedería».
Crédito: Universidad Texas A&M
Mitad necesidad, mitad circunstancia
Antes de llegar a Texas A&M, Boland dedicó su investigación universitaria a trabajar en la investigación bioquímica básica en áreas como la ingeniería de proteínas. Su tesis de posgrado se centraba en el proceso de producción que utiliza Botryococcus braunii para sintetizar sus hidrocarburos únicos.
Pero cuando llegó la pandemia de COVID-19, Boland estaba preocupado por perder tiempo en su tesis y la posibilidad de que eso retrasara su graduación.
En respuesta, Tim Devarenne, Ph.D., director asociado de programas de pregrado y profesor asociado en el Departamento de Bioquímica y Biofísica de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de Texas A&M, sugirió que Boland aproveche la oportunidad para sumergirse en los datos genéticos y la bioinformática.
«Tener el genoma del organismo de interés mapeado siempre es ideal en la investigación porque permite encontrar genes más fácilmente y trabajar para determinar sus funciones», dijo Devarenne.
Otro estudiante de posgrado anterior en el laboratorio, Daniel Browne, había realizado algunas secuenciaciones y ensamblado el genoma de la raza B. Durante una de las reuniones semanales de Devarenne y Boland, Devarenne propuso que intentaran hacer lo mismo con las razas A y L.
«Tuvo un doble beneficio», dijo Boland. «Pudimos hacer algo que no se había hecho antes, y además nos podría ayudar a entender mejor la biosíntesis de los hidrocarburos».
Aunque las razas son prácticamente indistinguibles bajo el microscopio, Boland dijo que había habido cierto debate sobre si se trataba de especies diferentes. Les interesaba saber si un estudio genómico podría arrojar luz sobre la cuestión.
Además de Devarenne, Boland y Browne, el equipo de investigación incluyó a Ivette Cornejo Corona, Ph.D., investigadora postdoctoral en el laboratorio de Devarenne; John Mullet, Ph.D., otro investigador y profesor del Departamento de Bioquímica y Biofísica; Rebecca Murphy, Ph.D., ex estudiante de posgrado en el laboratorio de Mullet; y un colaborador de larga data en los estudios de Botryococcus, Shigeru Okada, Ph.D., profesor de la Universidad de Tokio en Japón.
Análisis genético
Aunque Botryococcus se estudia comúnmente por su producción de hidrocarburos, secuenciar su genoma ha resultado difícil.
Boland, ahora científico asistente de investigación en el Instituto de Ciencias Genómicas y Sociedad de Texas A&M, dijo que el medio espeso y aceitoso en el que viven las células hace que extraer y aislar el ADN sea un desafío.
Sin embargo, el equipo estaba decidido a analizar los genomas para ver la similitud entre los genes y las proteínas involucradas en los procesos de producción de biocombustibles de cada raza.
Pero después de juntar los genomas y usar las supercomputadoras del Centro de Computación de Investigación de Alto Rendimiento de Texas A&M para realizar comparaciones genómicas, Boland dijo que quedó claro que estos organismos no eran la misma especie.
«Era como si dondequiera que miráramos las cosas fueran diferentes», dijo.
Al final, los investigadores dijeron que aproximadamente 1 de cada 5 genes eran exclusivos de cada una de las razas de Botryococcus. Para poner esa diferencia del 20% en perspectiva, la diferencia genética entre los humanos y los chimpancés, nuestro pariente evolutivo más cercano, es inferior al 2%.
Después de algunas validaciones adicionales, Boland y Devarenne se propusieron reclasificar las razas de Botryococcus. Boland dijo que el equipo pasó meses trabajando en diferentes nombres.
Mantuvieron la raza B con su nombre original de Botryococcus braunii para preservar su historia y renombraron la raza A a Botryococcus alkenealis y la raza L a Botryococcus lycopadienor, que significan el tipo de hidrocarburos que produce cada una.
¿Qué constituye una especie?
En el pasado reciente, los biólogos han dado más peso a los genes y genomas a la hora de clasificar los organismos.
Pero incluso con toda la evidencia para que estas algas Botryococcus sean consideradas especies separadas, Devarenne dijo que lo que realmente define a una especie es la aceptación general por parte de la comunidad científica.
Después de publicar su estudio en PLOS ONE , Devarenne compartió los hallazgos del equipo con más de 100 investigadores que estudian los organismos en sus propios laboratorios.
«La forma en que definimos las distintas especies puede no cambiar mucho con la forma en que se utilizan estos organismos en la investigación», dijo. «Pero es importante para la comprensión científica, la forma en que pensamos sobre las formas en que estos organismos se relacionan entre sí y con todas las demás especies».
Boland dijo que él y Devarenne publicaron en una revista de acceso abierto para que otros científicos pudieran aprovechar su trabajo. Los genomas completos de la especie también están disponibles en el sitio web del Centro Nacional de Información Biotecnológica .
«Para nosotros era importante que la información estuviera disponible públicamente cuando estuviera lista para publicarse», afirmó. «La ciencia está impulsada por la comunidad. El objetivo final siempre es ampliar nuestro conocimiento colectivo, y creo que eso es lo que logramos aquí».
Más información: Devon J. Boland et al, Reclasificación de las razas químicas de Botryococcus braunii en especies separadas según un análisis genómico comparativo, PLOS ONE (2024). DOI: 10.1371/journal.pone.0304144
