Las paredes celulares de las plantas están compuestas de muchos polímeros complejos que requieren múltiples enzimas diferentes para descomponerse completamente, como la celulasa para digerir la celulosa y la xilanasa para digerir el xilano. Durante décadas, los científicos pensaron que solo los microbios podían producir celulasa, hasta que se encontraron genes de celulasa en la maderaAhora, una nueva investigación del Instituto Max Planck de Ecología Química en Jena, Alemania, revoca otra vieja teoría. Los científicos descubrieron que los insectos palo Phasmatodea producen celulasas que pueden manejar igualmente varios tipos de polímeros de la pared celular Bioquímica de insectos y biología molecular , febrero de 2016.
La celulosa, así como el xilano y el xiloglucano son componentes importantes de las paredes celulares de las plantas. Todos los bastones Phasmatodea heredaron múltiples copias de genes de celulasa, cuyas enzimas pueden atacar el esqueleto de glucosa de la celulosa. Sin embargo, algunas de estas enzimas también pueden romperseabajo de la columna vertebral de xilosa de xilano, y otros la columna vertebral de xilosa-glucosa de xiloglucano. Este descubrimiento marca la primera xiloglucanasa conocida de cualquier tipo que se encuentra en animales multicelulares. Anteriormente no se pensaba que tales enzimas en animales existieran.
Una enzima, muchos sustratos
Los investigadores del Departamento de Entomología aislaron los genes de celulasa de siete especies de insectos palo, incluido el Extatosoma tiaratum australiano, el vietnamita Ramulus artemis y el borneano Aretaon asperrimus . Todos expresan múltiples enzimas de celulasa diferentes de la familia de la glucósido hidrolasa 9 GH9. Mantener enzimas redundantes no tiene sentido si todos tienen la misma función, por lo que los investigadores plantearon la hipótesis de que algunos habían perdido su función o evolucionado para hacer algo nuevo.
Para evaluar de qué eran capaces estas enzimas, los genes se expresaron en una línea celular estable de insectos y las actividades de las proteínas aisladas se probaron contra diferentes polímeros de la pared celular de las plantas. Los resultados mostraron que un grupo de enzimas era activo contra la celulosa yxilano y otra celulosa y xiloglucano, y varios en cada grupo también podrían degradar el glucomanano. Estas habilidades se mantienen en todas las familias de insectos palo, presentes en los vietnamitas Medauroidea extradentata Familia Phasmatidae, Madagascan Sipyloidea sipylus Diapheromeridae y el peruano Peruphasma schultei Peruphasmatidae. Los investigadores incluso obtuvieron muestras del californiano Timema cristinae Timematidae, considerado el grupo hermano de todos los demás Phasmatodea, y encontró las mismas enzimas con las mismas habilidades nuevas.
Tal multifuncionalidad es casi desconocida en las glucósidos hidrolasas 9, y las xiloglucanasas de cualquier familia nunca antes se descubrieron en animales ". Si no hubiéramos probado estas enzimas en otros sustratos además de la celulosa, no habría forma de que hubiéramos descubierto estas funciones".", dijo el Dr. Matan Shelomi, becario postdoctoral en el Instituto Max Planck de Ecología Química y autor principal del estudio." Fue bueno que lo hiciéramos: nadie encontró este tipo de enzimas poderosas en un animal antes ".
Un nuevo giro en una vieja familia de genes
Lo más importante, las funciones enzimáticas coincidían con las relaciones evolutivas entre los insectos. Las xilanasas-celulasas de diferentes especies estaban estrechamente relacionadas, y las xiloglucanasas-celulasas también formaron un grupo monofilético. Debido a que T. cristinae también tenía estas actividades, esto significa un ancestral, el gen de la celulasa del insecto se duplicó en varios genes, algunos de los cuales pudieron desarrollar nuevas habilidades. Esto sucedió antes de que evolucionara la Phasmatodea. A continuación, los investigadores están probando otros insectos relacionados con los insectos palo, para ver si también tienen celulasas multifuncionales.
La capacidad de descomponer diferentes polímeros con las mismas enzimas significa que el intestino Phasmatodea es inusualmente eficiente. Junto con otras enzimas como las celobiasas y las xilobiasas, sus intestinos pueden degradar completamente casi toda la pared celular de las plantas en sus azúcares componentes, usándolos paranutrición además de tener más acceso al citoplasma fácilmente digerido dentro de las células. Esto significa que pueden obtener más nutrición de la misma dieta de hojas que otros herbívoros. Teóricamente, incluso podrían digerir la madera ". Hay una gran comunidad en Alemania de personascon insectos de palo como mascotas ", dice Shelomi," y reportan que mordisquean palos, musgo, corteza e incluso espuma de poliestireno y cables eléctricos ... pero las hojas siguen siendo su alimento principal. Tal vez su intestino puede romper la madera, pero sulas mandíbulas son más adecuadas para las hojas, que probablemente también tengan mejor sabor ". [MS]
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Ecología Química . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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