Un equipo de investigadores del Museo Americano de Historia Natural ha creado un modelo computacional capaz de predecir si los organismos tienen o no la capacidad de "comer" otras células a través de un proceso conocido como fagocitosis. El modelo puede ser una herramienta útil a gran escalaLas encuestas de microbios y proporciona información valiosa sobre la evolución de la vida compleja en la Tierra, ideas desafiantes presentadas en estudios recientes. El modelo y los hallazgos de los investigadores se presentan en un artículo publicado hoy en la revista Ecología y evolución de la naturaleza .
"La fagocitosis es un mecanismo importante de absorción nutricional en muchos organismos unicelulares, y es vital para las defensas inmunes en una serie de seres vivos, incluidos los humanos", dijo el coautor Eunsoo Kim, curador asociado en el Museo Estadounidense deDivisión de Historia Natural de Zoología de Invertebrados ". Pero menos conocida es la idea de que la fagocitosis se remonta a unos 2 a 3 mil millones de años y jugó un papel en esas asociaciones simbióticas que probablemente comenzaron la evolución en cascada hacia la vida más diversa y compleja que vemos en el planetahoy. Nuestra investigación proporciona algunas pistas sobre cómo surgió la fagocitosis ".
Los procariotas, un grupo que incluye bacterias y arqueas, son organismos microscópicos, en su mayoría unicelulares con una estructura interna relativamente simple. Eucariotas, el grupo que comprende animales, plantas, hongos y protistas que representan conjuntos de linajes diversos y no relacionados, comoamebozoos y algas verdes, generalmente tienen células más grandes que están llenas de una serie de componentes internos, incluido el núcleo, donde se almacena el ADN, y orgánulos generadores de energía llamados mitocondrias. La teoría científica dicta que hace aproximadamente 2 a 3 mil millones de añosLa bacteria se fusionó con un microbio procariota no relacionado, lo que condujo a la evolución de las mitocondrias, una característica clave de las células eucariotas. Esta fusión solo ocurrió una vez, y algunos científicos sugieren que el proceso involucró un "engullimiento" celular. Sin embargo, no se conocen procariotas capaces de fagocitosis.hoy, entonces, ¿bajo qué circunstancias surgió el rasgo?
Para investigar esta pregunta de larga data, el equipo de investigación utilizó patrones genéticos comunes a las células fagocíticas para construir un modelo computacional que utiliza el aprendizaje automático para predecir si un organismo se alimenta a través de la fagocitosis.
"No hay un conjunto único de genes que predigan fuertemente la fagocitosis porque es un proceso muy complicado que puede involucrar a más de 1,000 genes, y esos genes pueden variar mucho de una especie a otra", dijo el autor principal John Burns, un científico investigadoren el Instituto Sackler de Genómica Comparada del Museo ". Pero cuando comenzamos a observar los genomas de más y más eucariotas, surgió un patrón genético, y existe a través de la diversidad, a pesar de que es ligeramente diferente en cada especie. Ese patrón es el núcleo denuestro modelo, y podemos usarlo para predecir de manera rápida y eficiente qué células tienen más probabilidades de ser "comedoras" y cuáles no ".
Debido a que muchas eucariotas, como algunas algas verdes, pueden ser "quisquillosas", solo comen bajo ciertas condiciones, puede ser difícil determinar si son capaces de fagocitosis simplemente mirándolas con un microscopio. Este nuevo modelo puede ayudar a los microbiólogoshaga una evaluación rápida, y también puede ser valioso para su uso en grandes proyectos de secuenciación de ADN que involucren múltiples especies microbianas desconocidas, por ejemplo, levantando muestras de agua de mar.
Los investigadores aplicaron el modelo a un grupo de microbios "eucariotas" llamados Asgard archaea. En los últimos años, algunos investigadores han propuesto que los microbios Asgard podrían ser parientes vivos de microbios muy buscados que se fusionaron con la bacteria que se convirtiómitocondrias. Pero el nuevo trabajo de los investigadores encuentra que estos microbios probablemente no usan fagocitosis. También usaron el conjunto de genes desarrollado como parte del proceso de construcción de modelos para observar más de cerca los antiguos linajes de arqueas y bacterias, y descubrieron que, en su conjunto, ninguno de los grupos por sí solo tiene los genes necesarios para la fagocitosis. Si bien el nuevo trabajo elimina un escenario para el nacimiento de mitrocondria: que las arqueas de Asgard engullen una bacteria, quedan muchas otras opciones.
"Cuando separas los componentes de estos genes predictivos, algunos tienen raíces en arqueas, otros tienen raíces en bacterias y otros son exclusivos de los eucariotas", dijo Kim. "Nuestros datos son consistentes con la hipótesis de que nuestras células sonuna quimera de componentes arqueológicos y bacterianos, y que el proceso de fagocitosis surgió solo después de que se produjo esa combinación. Todavía tenemos mucho trabajo por hacer en este campo ".
Alexandros Pittis, un ex investigador postdoctoral en el Instituto Sackler de Genómica Comparada del Museo, también fue autor de este estudio.
Este trabajo fue apoyado en parte por la Fundación Simons, subvención # SF-382790.
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Materiales proporcionado por Museo Americano de Historia Natural . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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