El sorprendente caso de una célula que se tragó a otra.

© Edwin Vázquez de Jesús

Universidad de Puerto Rico en Cayey

Nuestras células son testigos silentes de nuestra evolución. Tenemos en nuestro genoma, ese conjunto de información genética repartido en 23 pares de cromosomas, una cornucopia de segmentos de DNA de otros organismos. Somos la versión real de un Frankenstein molecular. Regados en esos cromosomas tenemos secuencias que no son humanas y que provienen de gallinas, ratas, ratones y perros (1), entre otros, incluyendo a varios virus.

Pero nuestro mosaico organismal no se limita a genes o secuencias genéticas. Cada una de nuestras células tiene en su interior lo que en algún momento fueron bacterias que vivían libres y solas y que fueron literalmente tragadas por otra célula ancestral. Ahora les llamamos mitocondrias. Son los organelos donde se produce la mayor cantidad de moléculas de ATP, que sirven de combustible energértico para la célula.

 Este evento representó uno de los mejores ejemplos de simbiosis, esa relación mutua donde dos partes se unen para salir beneficiadas. La célula que engulló a la bacteria, previo al evento, sólo podía llevar a cabo lo que conocemos como metabolismo anaeróbico, o sea, sin usar oxígeno. Este proceso es muy pobre en cuanto a rendimiento de energía se refiere pero era la única alternativa con una atmósfera anóxica, o carente de oxígeno.

La oxigenación de la atmósfera permitió el secuestro de bacterias capaces de llevar a cabo metabolismo aeróbico, lo que significó un gran avance cualitativo en la evolución de los organismos. Ahora se podía exprimir más energía de los carbohidratos que servían como combustible celular.

Así siguió la evolución su lento pero inevitable curso de desarrollo de los organismos hasta el día de hoy donde todas las células eucarióticas, o sea, las que tienen núcleo, poseen mitocondrias. Éstas ya no son bacterias propiamente, sino que desarrollaron una relación tan exitosa con la célula que las internalizó que ahora dependen de ésta para su supervivencia, y viceversa.

Aún así, de alguna forma, siguen siendo una especie de bacteria primitiva enjaulada. Y la evidencia que testifica sobre su origen bacteriano es abundante. Al igual que las bacterias, las mitocondrias poseen su propio genoma, su propio ADN. Éste está en forma de una molécula circular, al igual que en las bacterias. En contraste, el genoma de la célula humana está formado por 23 pares de cromosomas lineales. El ADN mitocondrial, como el bacteriano, carece de histonas, proteínas de carga positiva que se adhieren a éste para empaquetarlo adecuadamente dentro del núcleo. Sin embargo el ADN celular sí las tiene.

Las mitocondrias poseen su propia maquinaria para la síntesis de proteinas. Específicamente tienen sus propios ribosomas, encargados de fabricar proteínas. O sea, nuestras células poseen ribosomas en el citoplasma y dentro de las mitocondrias. Pero no son del mismo tipo. Los ribosomas mitocondriales son idénticos a los bacterianos pero muy distintos a los del citoplasma. Específicamente, los ribosomas celulares poseen una subunidad 60S y otra 40S. Las bacterias y las mitocondrias poseen dos subunidades denominadas 50S y 30S. De hecho, los antibióticos que ejercen su efecto dañando la subunidad 30S (como estreptomicina) o la 50S (como eritromicina) dañan también a los ribosomas mitocondriales pero no a los celulares. Como si fuera poco la traducción eucariótica (se le llama traducción al proceso por el cual las células fabrican proteinas) comienza con el aminoácido metionina. En las bacterias el primer aminoácido es una metionina modificada llamada N-formil-metionina. Adivinen cuál es el primer aminoácido en las proteínas producidas en las mitocondrias.

Si esta evidencia no bastara, está el hecho de que las mitocondrias, a diferencia de los demás organelos celulares, poseen dos membranas.  La que mira hacia el citoplasma proviene sin duda de la célula eucariótica que la atrapó a la bacteria original,  mientras que la interna proviene de la membrana original de esta última.

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¿Qué tipo de bacteria dio origen a las mitocondrias? Lo más probable fue una del grupo de las rickettsias, que de hecho son bacterias que para sobrevivir necesitan estar dentro de otra célula. El origen bacteriano de las mitocondrias explica por qué estos organelos tienen dos membranas que los rodean. La más externa es la membrana típica de todos los organelos celulares. La interna representa la membrana bacteriana original. De hecho, esta última tiene incrustadas una serie de proteinas capaces de transportar electrones a lo largo de la cadena de transporte de electrones, un sistema que resulta en la obtención de más energía que en los sistemas anaeróbicos.

Por supuesto existe evidencia adicional para lo que Lynn Margulis denominó, en los años 60s del siglo pasado, la “Teoría de la endosimbiosis”. Por lo pronto cabe señalar que este tipo de evento se dio en múltiples ocasiones y con distintos tipos de organismos. De hecho, los cloroplastos, esos maravillosos organelos donde ocurre la fotosíntesis, tienen un origen muy similar. Hasta poseen su propio ADN, como las mitocondrias.

Los estudiantes de biología pueden reconocer algunos de los términos en el contexto de las discusiones sobre glucólisis, ciclo de Krebs y cadena de transporte de electrones. El primero ocurre en el citoplasma de la célula. Los últimos dos ocurren en las mitocondrias.

Nada de esto debe sorprendernos. Existen varios ejemplos de células que se tragan a otras sin que sufran daños (a diferencia del reconocido caso de la fagocitosis). En el 2005 Okamoto e Inouye reportaron que Hatena arenicola, un protisto, carga en su interior con otro microorganismo, uno que es fotosintético pero que aún mantiene su propio núcleo y otros organelos (3).

Es emocionante saber que, aparte de los millones de microbios que nos habitan, especialmente en el tracto digestivo, cada una de nuestras células lleven en su interior a los descendientes de bacterias primitivas que se asociaron a otra célula como parte del proceso irreversible de la evolución.

Se permite la reproducción de este artículo con las debidas atribuciones (autor y dirección URL).

La primera figura es de una mitocondria.  Proviene de los "National Institutes of Health" y está bajo el dominio público.

Referencias:

1. Gill Bejerano et al. (2004). “Ultraconserved Elements in the Human Genome”. Science 304 (5675): 1321 - 1325 DOI: 10.1126/science.1098119

2. Lynn Sagan (1967). "On the origin of mitosing cells". J Theor Bio. 14 (3): 255–274. doi:10.1016/0022-5193(67)90079-3. PMID 11541392

3. Okamoto N, Inouye I (October 2005). "A secondary symbiosis in progress?". Science 310 (5746): 287. doi:10.1126/science.1116125. PMID 16224014.

La Danza de los Gases

Respiró profundo y el oxígeno que antes deambulaba solitario por la atmósfera se metió en sus pulmones, entró a una de sus células, pasó a través del citoplasma a una de las mitocondrias, miró con interés a los aceptadores de electrones en las membranas internas y le quitó al último de éstos el par de electrones. Así se aseguraba el flujo continuo de electrones a través de la cadena y la resultante producción de hasta 38 ATPs por cada molécula de glucosa. Esto se repitió millones de veces en la mitocondria. Esta persona viviría.

A cambio la persona produjo bióxidos de carbono que saldrían a la atmósfera y serían utilizados por las plantas en fotosíntesis. Éstas, a su vez, liberarían oxígeno a partir del agua. Y algún día ese oxígeno regresaría a la misma mitocondria. El círculo de la vida se completaría con el simple intercambio de dos gases: oxígeno y bióxido de carbono danzando a través de la historia y del universo.

La genética femenina de los hombres

Los hombres cargamos con una maravilla biológica que le pertenece a las mujeres. Es una molécula de ADN totalmente hembra. Y como una carimba maternal fue implantada en todas y cada una de los billones de nuestras células. Sea usted hombre o mujer. Es una molécula pequeña, un cromosomita sin mucha información pero que se hereda a través de las mujeres y a través de la historia.

La ciencia detrás del argumento anterior es sencilla. Todas las células necesitan mitocondrias para proveerles energía. Todas las mitocondrias tienen una pequeña molécula de ADN. Cuando un espermatozoide fecunda a un óvulo lo único que aporta son los 23 cromosomas del que será el padre de la criatura. Los otros 23 los tiene el óvulo. Ya fecundado éste se dividirá múltiples veces para formar al embrión que se convertirá en feto, que se convertirá en bebé que en la adolescencia se convertirá en un dolor de cabeza. ¿De dónde salen las mitocondrias de todas las células del adolescente feromónico?

Del óvulo que fue fecundado. Cuando se dividió por primera vez sus mitocondrias se multiplicaron para que cada una de las células nuevas recibieran algunas. Esto se repitió millones de veces. Por esta razón todas las mitocondrias, y por consiguiente todas las moléculas de ADN en ellas, presentes en cada una de nuestras células vinieron de aquel óvulo de nuestras madres. Y la de nuestras madres de sus madres, y la de sus madres de las madres de sus madres, y la de….hasta llegar a alguna Eva evolutiva.

Adoro a mi madre por todo lo que me ha dado. Pero saber que me regaló un pequeño tesoro biológico que permanecerá cuando ella no esté, mirar a mis hijas y saber que ellas cargan ADN mitocondrial de la madre de mi esposa, que sus hijos, mis futuros nietos ( que falta mucho tiempo para eso, por si acaso), cargarán el ADN de mi suegra…jum….el ADN de mi suegra…

El asunto es que las mujeres se las ingeniaron para marcar a todos los humanos con un sello que dice: “Aquí mandamos las mujeres”.

Edwin Vázquez de Jesús

Universidad de Puerto Rico en Cayey