Referencia: NewScientist.com .
Los parásitos, los microbios simbióticos, lejos de ser pasivos, pueden dar forma a la evolución de los animales y plantas que les hospedan.
Eliminar cadáveres puede ser complicado. Si se entierran en una tumba poco profunda los animales hambrientos pueden desenterrarlos. Nuestro cuerpo se enfrenta a un problema en cierto modo similar cuando se trata de descartar sustancias no deseadas. Una de las formas que tiene el hígado de purificar la sangre es agregando el equivalente a la etiqueta “non grata” a las moléculas, pero esta etiqueta está hecha de un tipo de azúcar, y los bichos de nuestro intestino tienen el paladar dulce. Algunos producen una enzima especial que les permite cortar el azúcar y comerselo, lo que a menudo da lugar a compuestos que se reciclan dentro del cuerpo en lugar de desecharse.
En los años de 1980, Richard Jefferson utilizó una enzima para desarrollar una poderosa técnica, ahora invocada por miles de ingenieros genéticos de todo el mundo. Al mismo tiempo, él estaba intrigado por la función normal de la enzima. Su efecto de reciclaje ayuda a determinar los niveles en sangre de muchos compuestos, incluso sustancias importantes, como las hormonas sexuales. Jefferson observó que las bacterias dentro de nosotros, no sólo eran simples parásitos, sino que nos afectan de forma muy profunda.
En la última década, esta visión ha empezado a convertirse en la corriente principal. Estudio tras estudio han demostrado que los microbios que viven dentro y sobre nosotros, el microbioma, puede afectar a nuestra salud y nuestra felicidad. Ya en la década de 1980, Jefferson llevó esta idea aún más lejos. Si los microbios son tan importantes, razonó, también deben jugar un gran papel en la evolución. Así llegó a lo que él mismo llamó lateoría hologenoma de la evolución. “El hologenoma es el mayor avance de pensamiento que he tenido en mi vida.”
Aunque Jefferson se ocupó de perfeccionar su técnica genética y de ayudar a organizar el primer ensayo de campo de una planta genéticamente modificada, en 1987, más tarde dejó la academia y se hizo famoso por susesfuerzos en hacer que la biotecnología fuese una fuente abierta (open source), por lo que podría ser utilizado para el beneficio de todos y no de unas pocas corporaciones ricas. Él nunca llegó a escribir formalmente la teoría hologenoma, aunque a menudo hablaba de ello en sus reuniones.
Un par de décadas más tarde, otro investigador llegó a la misma idea, incluso dándole el mismo nombre. Y a pesar de que este enfoque sólo se está empezando a explorar, las pistas estaban comenzando a salir de que los microbios simbióticos, de hecho, pueden desempeñar un papel mucho más importante en la evolución de lo que hasta entonces nadie hubiese creído.
Lo que más impactó a Jefferson fue que nuestro microbioma juega un papel crítico en algunos procesos clave. Por ejemplo, los niveles de hormonas sexuales, obviamente, nos afectan de muchas maneras; sin embargo, hasta un 65 por ciento de la testosterona circulante pasa a través de los microbios, según encontró Jefferson en aquella época en su estudio.
Los microbios también son importantes en la producción de pequeñas y aromáticas moléculas que nos dan un único, aunque no siempre socialmente aceptable, olor. El cuerpo no segrega estas moléculas directamente. En vez de eso, segrega unos precursores llamados androstenos que las bacterias que viven en nuestra piel convierten en los androstenoles volátiles, algunas veces referenciados como feromonas. Aunque sea muy controvertido el papel de estas moléculas en la atracción sexual humana, ellas juegan su papel en algunos animales. “La fertilidad, la fecundidad y la elección de la pareja, la gran troika de la selección darwiniana, están afectadas por el microbioma”, señalaba Jefferson.
Esto sugiere que el éxito en la reproducción de plantas y animales puede depender, en parte, del conjunto particular de microbios albergados por cada individuo. Por supuesto, sabemos que los parásitos y las enfermedades tienen un gran impacto negativo en el gimnasio, pero Jefferson reconoció que los microbios pueden aumentar también las aptitudes. De hecho, llegó a la conclusión de que son tan importantes que, en lugar de pensar en una planta o animal, deberíamos pensar en el colectivo global incluyendo el microbioma, la “unidad de actuación”.
“Esta unidad comprende las contribuciones de muchos, a veces miles, de genomas individuales, en diferentes cantidades y combinaciones”, añdió Jefferson, en una reunión en Cold Spring Harbor, Nueva York, en 1994, en la cual fue perfilando sus ideas. Y esta unidad de actuación es la unidad selectiva.
Entre tanto, el microbiólogo Eugene Rosenberg, de la Universidad de Tel Aviv, Israel, estaba estudiando los corales en el Mediterráneo oriental. Un aumento en la temperatura del mar dio lugar a brotes de decoloración, esto ocurre cuando los corales pierden las algas que producen la mayor parte de sus alimentos. En el invasivo coral Oculina patagonica, Rosenberg descubrió que las altas temperaturas condujeron a la infección por la bacteria Vibrio shiloi, que provocaba la decoloración.
Pensó que estas infecciones de Vibrio generalizadas serían la sentencia de muerte para el coral. Estos animales realmente no tienen un sistema inmune adaptado para luchar contra las enfermedades, y no pueden sobrevivir a un prolongada o repetida decoloración. Estaba equivocado. En la década de 2000, los corales se habían vuelto resistentes al Vibrio. Dado que ni la bacteria ni el coral parecían haber cambiado, Rosenberg y sus colegas, propusieron que la causa tuvo que venir de un cambio en el microbioma de coral. Los numerosos microbios caseros de los corales, junto con el alga fotosintética y un cambio de este conjunto, podría haberles permitido acabar con Vibrio invasor.
Esta idea es controvertida, algunos investigadores creen que el sistema inmune de coral puede adaptarse. Pero lo que importa aquí es cómo se forma el pensamiento de Rosenberg. Él sabía que la mayoría de los animales hospedan una gran variedad de microbios que normalmente se transmiten de generación en generación, directa o indirectamente. Su trabajo sobre los corales le hizo darse cuenta, al igual que Jefferson antes que él, que la supervivencia de un animal, o su aptitud, a menudo depende no sólo de sus propios genes, sino también de los microbios que hereda. Si un cambio en el microbioma puede hacer que los corales resistan la infección, y este cambio puede ser transmitido a través de generaciones, estos corales han desarrollado efectivamente una nueva habilidad, a pesar de que su genoma no haya cambiado.
Bichos ‘de marca’
La separación de un organismo de su microbioma es artificial, afirma Rosenberg. A los ojos de la selección natural son un solo organismo. Es lo que se ha seleccionado de la combinación del genoma del huésped y del genoma de la microbioma. Igual que Jefferson, Rosenberg lo llamó hologenoma, de holobionte, un término que describe la entidad colectiva formada por los simbiontes. El holobionte puede ser visto como un superorganismo, según argumentó en un documento de 2007.
Del igual modo, Jefferson argumentaba que todas las bacterias que hacen trabajos útiles en y sobre nuestro cuerpo no son simbiontes. Más bien, forman parte de nosotros, como trabajadores a distancia de una empresa gigante que subcontrata trabajos de fabricación. El trabajo que se realiza sigue siendo igual de importante para la empresa, pese a que son llevados a cabo por trabajadores en el extranjero no empleados directamente. Son, como dice Jefferson, “bichos, de marca”. En estudios recientes apoyan esta idea, como uno de 2011 que muestra que los ratones necesitan su flora intestinal para que su cerebro se desarrolle normalmente.
Básicamente, por supuesto, nuestros microbios pueden cambiar. Desde su teoría del hologenoma, Rosenberg predice que la mayoría de los animales heredan tanto los mismos microbios como la generación anterior, y que especies estrechamente relacionadas tendrán microbiomas estrechamente relacionados. Sin embargo, los cambios en el microbioma, a partir de un cambio en la proporción de distintos microbios para adquirir otros nuevos, puede permitir que el holobionte para adaptarse rápidamente a las circunstancias cambiantes, e incluso adquirir nuevas habilidades durante su vida útil. Pensar en estos términos, sostenía Rosenberg, conducía a nuevos conocimientos.
Estas ideas han encontrado una audiencia receptiva entre los microbiólogos. Después de todo, como señala Rosenberg, “son ellos los que han dicho siempre que las ‘bacterias son lo primero’”. El ecólogo Seth Bordenstein, de la Universidad de Vanderbilt en Nashville, Tennessee, dice que los eucariotas, como plantas y animales, son superorganismos. “Deberíamos buscar en el repertorio total de la información genética aquello que hace la función eucariota.”
En un estudio reciente, por ejemplo, el equipo de Bordenstein trató a las termitas con el antibiótico rifampicina, para eliminar algunos de sus microbios. Y descubrieron que estas colonias tratadas con antibióticos tenían mucho menos descendencia que otras colonias. Una posible razón es que la interrupción de la microbiota intestinal de estas termitas reduce su capacidad para extraer nutrientes de los alimentos.
Bordenstein también descubrió que entre las avispas parásitas Nasonia, que son especies con relaciones evolutivas muy estrechas, tienen una microbiota más similar, tal como decía Rosenberg. Pero a pesar de estos hallazgos, el concepto hologenoma no ha sido muy bien acogido en los círculos de la biología evolutiva.
“Yo diría que la mayoría de los biólogos evolutivos estarían de acuerdo en que definitivamente haya más cooperación, pero que también haya más espacio para la controversia”, dice Andy Gardner, de la Universidad de Oxford, que estudia la evolución colectiva. “Así que yo sería menos proclive a agrupar todas estas células como un solo organismo integrado, porque a veces dichas células microbianas a estar haciendo cosas que no son buenas para el anfitrión.”
Otra razón para el escepticismo es que hay una dimensión lamarckiana para la teoría del hologenoma. A principios del siglo XIX, Jean-Baptiste Lamarck elaboró una teoría de la evolución que incorporaba la idea, entonces popular, de que los organismos podían transmitir los rasgos adaptativos adquiridos durante su vida. Por lo tanto, las jirafas desarrollaron sus largos cuellos, ya que tenían la costumbre de estirarlos. Darwin creía en algo similar, pero tales ideas fueron desacreditadas con el desarrollo de la genética moderna. La teoría del hologenoma sugiere que a veces los animales pueden evolucionar a través de la herencia de características adquiridas, señala Rosenberg, pero lo hacen de manera que puede ser verificada por experimentación.
Después de que él publicara sus ideas, él y su esposa Ilana Zilber-Rosenberg, empezaron a peinar la literatura para encontrar estudios relacionados, se tropezó con un documento de 1989 por Diane Dodd, entonces postdoctorada en la Universidad de Yale, que había descubierto que el cambio de dieta en una mosca de la fruta podía alterar las opciones de apareamiento de las moscas después de tan sólo dos generaciones.
“Cuando leí esto, empecé a saltar entusiasmado”, contaba Rosenberg. “Tenía que ser los microbios. Simplemente lo sabía. Ninguna otra cosa podía explicar un cambio tan rápido.”
Probando esto, Rosenberg obtuvo su doctorado Gil Sharon para intentar replicar los resultados de Dodd. Efectivamente, después de dos generaciones, las moscas alimentadas con melaza dejaban de aparearse de forma regular con moscas del almidón. A continuación, Sharon le dio a las moscas rifampicina para matar las bacterias. Más adelante, las moscas del almidón volaban felizmente copulando con moscas de melaza, lo que demostraba que las bacterias eran realmente las responsables (PNAS, vol 107, p 20051).
Conforme Rosenberg escribía estos resultados, Jefferson por fin se decidió a publicar un resumen de su teoría del hologenoma en el blog de Cambia, la organización sin fines de lucro que funciona en Australia. Esto llevó a una serie de búsquedas por Internet en la que se encontró con el trabajo de Rosenberg. Jefferson ahora se enfrentaba a un dilema. Por un lado, quería ponerse en contacto con Rosenberg para averiguar cómo había llegado a la idea, y por otro lado, Jefferson lo expresaba así: “Los científicos pueden ser un aguijón”. Pero su curiosidad fue más fuerte, y el 10 de marzo de 2010, Jefferson se sentó y comenzó a escribir. “Estimado profesor Rosenberg, le escribo para felicitarlo por su escritura clara y lúcida que me persuade en los últimos años de la teoría del hologenoma.”
Rosenberg abrió el correo electrónico a la mañana siguiente. ¿Quién demonios era ese Richard Jefferson, se preguntó? Al principio, no estaba seguro de cómo responder, pensando que podría ser un excéntrico. Después de leerlo varias veces, sin embargo, decidió que no lo era y que sabía de su trabajo. Así que contestó: “Querido Richard, wow, ¡Qué alegría al leer su correo electrónico y el blog!”
¿Creador de especies?
Aunque Rosenberg no lo sabía en ese momento, los resultados de su mosca de la fruta encajaban maravillosamente con las ideas de Jefferson sobre la importancia de las bacterias en la fertilidad y la elección de pareja. Estos hallazgos también han hecho que muchos otros biólogos se sienten y tomen nota, ya que todo ello apunta a una posibilidad intrigante.
Si bien la selección natural explica cómo las especies cambian con el tiempo, el cómo surgen nuevas especies ha demostrado ser en principio bastante más complicado. “El origen de las especies”, de Darwin, en realidad no decía nada en absoluto sobre el origen de las especies. En términos generales, los biólogos definir una especie como un grupo de organismos similares que pueden reproducirse únicamente unos con otros. Cualquier cosa que evite el entrecruzamiento de los grupos de organismos puede conducir potencialmente a la formación de nuevas especies.
Tal aislamiento reproductivo puede venir tras el surgimiento de una nueva cadena de montañas, quedando varados en una isla perdida, por cambios en las preferencias de apareamiento, o por mutaciones que impidan que dos cepas produzcan una descendencia viable si se aparean, aunque todavía hay mucho debate acerca de los detalles. En teoría, si un cambio en la dieta provoca cambios en las bacterias intestinales, eso afecta a las preferencias de apareamiento de una mosca, lo que podría conducir a una división en dos especies.
El microbioma también podría conducir a la especiación de otra manera, piensa Bordenstein. Cuando se cruzan las diferentes especies de la avispa Nasonia, muchas de las crías mueren siendo larvas. Él y el estudiante graduado, Robert Brucker, acaban de ultimar experimentos que muestran, según ellos, que estas muertes ocurren porque los hijos han heredado bacterias incompatibles. Si esto es así, significa que las diferencias en el microbioma puede evitar que pueda darse otra forma compatible en el entrecruzamiento de los animales.
El rol evolutivo
En un artículo revisado publicado en agosto, Bordenstein y Brucker también señalan que, la adquisición de ciertos microbios pueden dar a los animales la capacidad de consumir un nuevo tipo de alimento o de sobrevivir en un entorno diferente. Con el tiempo, esto también conllevaría, en principio, a la especiación.
Pero este caso aún no se ha demostrado. “No creo que tengamos ninguna evidencia de que se haya producido una especiación causada por microbios … no estoy dispuesto a llegar tan lejos”, subraya el biólogo evolutivo, Scott Gilbert, del Swarthmore College en Pensilvania. “Puedo decir que los simbiontes son capaces de darnos la variación seleccionable.”
Jerry Coyne, biólogo evolutivo de la Universidad de Chicago, está de acuerdo, “sé de poquísimos casos en los que los endosimbiontes causen la especiación, y de montañas de casos con cambios en los genes del anfitrión, cuyos genes ya habían sido trazados.”
Esto es cierto, pero apenas hemos empezado a buscar, dice Rosenberg. Nosotros ni siquiera sabemos qué microbios se hallan en la mayoría de los animales, y estamos lejos de entender su papel en la evolución. Dado el reciente aluvión de pruebas acerca de la importancia de la microbiota, sería tal vez sorprendente que este papel no fuese tan grande como previamente se pensaba.
Aunque los microbios simbióticos no llegasen a ser importante en la formación de nuevas especies, sin embargo, esto no apoya necesariamente el concepto de un superorganismo con un hologenoma, señala David Sloan Wilson, de la Universidad de Binghamton en Nueva York, que estudia la selección grupal. La especiación puede ser el subproducto de un microbio manipulando al anfitrión en su propio beneficio, en lugar de microbios y anfitrión evolucionando juntos para su beneficio colectivo.
Hay pocos indicios de que la teoría del hologenoma gane conversos entre los biólogos evolutivos, aunque algunos otros biólogos están empezando a adoptar esa misma perspectiva. “Tenemos tendencia a pensar que los microbios son algo separado de los genes nucleares, pero creo que la visión más contemporánea es que el microbioma es tan esencial como el genoma nuclear, y que ambas cosas deben ser vistas en conjunto”, declara Bordenstein. Los descubrimientos sobre las moscas y las avispas sugieren que esta perspectiva puede, de hecho, conducir a nuevos conocimientos, tal como afirmaba Rosenberg. Bordenstein lo expresa con más cautela, “términos tales, como ‘superorganismo’ y ‘hologenoma” ayudan a encapsular una amplia gama de investigación. El concepto de simbiosis de una vida compleja contiene una relevancia básica y biomédica que ha llegado aquí para quedarse”.
Para Jefferson, existen implicaciones aún mayores. Por sí mismos, los grandes organismos sólo pueden evolucionar lentamente, señala, pero cooperando en rápida evolución con los microbios pueden tomar ventaja de las últimas innovaciones, igual que las termitas han adquirido la capacidad de digerir la madera o que las legumbres se han vuelto capaces de crear su propio fertilizante de nitrógeno.
Se pueden ver paralelismos con el mundo moderno. Cuando las empresas mantienen sus conocimientos y la tecnología para sí mismos, el progreso es mucho más lento que cuando lo comparten libremente. Desde Darwin, casi todo el énfasis se pone en la competencia como motor de la evolución. Para Jefferson, esto es tan Importante como la cooperación y la colaboración, y aún más vital.
– Imagen1) flora intestinal. Imagen 2) Representación del cuerpo humano y las bacterias que predominan. Autor: Darryl Leja, NHGRI. Wikipedia.