Científicos japoneses descubren interruptor molecular que controla la transición entre formas unicelulares y multicelulares
Investigadores de la Universidad de Nagoya en Japón han identificado los genes que permiten a un organismo alternar entre vivir como células individuales y formar estructuras multicelulares, un hallazgo que proporciona nuevas perspectivas sobre cómo la vida multicelular pudo haber evolucionado a partir de ancestros unicelulares hasta convertirse en organismos complejos como animales y plantas.
El estudio, publicado en la revista Nature, representa una explicación molecular excepcionalmente detallada de cómo la multicelularidad clonal, donde todas las células descienden de un único ancestro, puede lograrse y controlarse a nivel genético.
El equipo de investigación liderado por el profesor Gohta Goshima del Laboratorio Biológico Marino Sugashima de la Universidad de Nagoya identificó los genes que controlan este interruptor celular en la levadura marina negra Hortaea werneckii.
Los científicos observaron que cuando los nutrientes son abundantes, las células de H. werneckii se multiplican y permanecen unidas como cuerpos multicelulares. Sin embargo, cuando los nutrientes escasean, las células se dividen por gemación y viven separadamente como individuos, lo que les permite moverse a través del agua para encontrar nuevas ubicaciones ricas en nutrientes. Esta flexibilidad puede proporcionar una ventaja de supervivencia en el impredecible entorno oceánico donde la disponibilidad de nutrientes cambia constantemente.
Para comprender la base genética de esta capacidad de cambio, el equipo aisló mutantes que habían perdido la capacidad de alternar y identificó qué genes estaban alterados en ellos. Esto reveló 10 genes clave que controlan el interruptor.
"Descubrimos que una proteína llamada Myb1 actúa como un interruptor maestro y controla el cambio entre estados celulares. Cuando los niveles de Myb1 son altos, las células geman y se separan, pero cuando esta proteína se degrada en condiciones ricas en nutrientes, las células forman estructuras multicelulares", explicó el profesor Goshima.
Algunos de los genes identificados eran conocidos por ayudar a los hongos a producir esporas, pero H. werneckii evolucionó para usar estos mismos genes para alternar entre células individuales y formas multicelulares. Este reciclaje genético puede ser una estrategia evolutiva común para desarrollar nuevos rasgos.
El equipo de investigación también aisló cepas de H. werneckii propensas a la multicelularidad y, curiosamente, todas se encontraron en la superficie de animales marinos como esponjas y corales. Estos entornos son conocidos por ser ricos en nutrientes debido a bacterias simbióticas. Los investigadores plantean la hipótesis de que formar un cuerpo multicelular ayuda a la levadura a permanecer anclada en ubicaciones favorables ricas en nutrientes y a resistir ser arrastrada por las corrientes de agua.
Los experimentos de laboratorio respaldaron esta idea: cuando se mezclaron cepas unicelulares y multicelulares y se expusieron a un flujo de agua simulado, los cuerpos multicelulares tendían a permanecer adheridos a la superficie, mientras que las células unicelulares eran arrastradas.
Además de identificar los genes de cambio en H. werneckii, el estudio examinó especies de levadura relacionadas y descubrió que los mecanismos genéticos para el cambio no se conservan completamente a lo largo de la evolución.
Las especies relacionadas muestran diferentes patrones. En algunas especies, estos genes parecen no funcionar como interruptores, sino que evolucionaron mecanismos alternativos. Otras perdieron completamente su capacidad de cambio y se volvieron permanentemente multicelulares o unicelulares.
"Un ejemplo es una especie de levadura relacionada, Neodothiora pruni, que también puede alternar entre células individuales y formas multicelulares. Cuando comparamos las dos especies, encontramos que la mayoría de los genes funcionaban de la misma manera. Sin embargo, Myb1 era esencial solo en H. werneckii, por lo que especies estrechamente relacionadas pueden evolucionar diferentes soluciones genéticas para el mismo comportamiento", señaló el equipo investigador.
La investigación futura del profesor Goshima investigará qué impulsa esta diversidad evolutiva y cómo las formas multicelulares simples podrían desarrollarse en estructuras más complejas.
"Lo que logramos fue controlar la unicelularidad y la multicelularidad simple, pero el siguiente paso obvio es investigar si la multicelularidad simple se convierte en multicelularidad más compleja", dijo.
La facilidad con la que mutaciones únicas pueden eliminar o restaurar la flexibilidad celular sugiere que la transición entre formas unicelulares y multicelulares puede haber ocurrido repetidamente a lo largo de la historia evolutiva.
"H. werneckii es ahora una valiosa herramienta de investigación para los científicos que estudian cómo evolucionó la vida multicelular. La capacidad de alternar entre células individuales y formas multicelulares puede haber sido un escalón evolutivo antes de que los organismos se volvieran permanentemente multicelulares", señaló el profesor Goshima.
