Cuando la bióloga Lynn Margulis planteó una propuesta sobre el origen de las mitocondrias, se enfrentó a diversos rechazos. Quince, de hecho. Quince revistas científicas rechazaron su artículo, hasta que logró publicarlo en el Journal of Theoretical Biology en marzo de 1967. En su artículo, Margulis planteó que antes de que las mitocondrias hicieran de las células de animales, plantas, hongos y protistas su hogar, eran bacterias que nadaban libremente de manera independiente. Esta propuesta de que las mitocondrias, y también los cloroplastos, surgieron de la cooperación entre dos células, y no de la competencia, revolucionó nuestra manera de entender la vida en la Tierra. Y generó múltiples y nuevas líneas de investigación.
Una de ellas fue la de saber exactamente cuál especie de bacteria fue la que se convirtió en las mitocondrias que ahora llevamos por cientos o miles dentro de cada una de nuestras células. Finalmente, como dice Mauro Degli Esposti: “Los biólogos siempre nos maravillamos por las historias de la evolución”. Degli Esposti es investigador del Centro de Ciencias Genómicas (CCG) de la UNAM, campus Morelos, y junto con sus colegas del CCG y del Instituto de Biotecnología (IBt), publicó el pasado 9 de agosto un artículo, en la revista Science Advances, que intenta precisar cuál es la rama evolutiva de la cual surgieron estos organelos.
“No somos los primeros que lo intentamos”, confiesa Degli Esposti. Y es que si bien hay un cierto consenso en que las mitocondrias entraron al ancestro de la célula eucariota —es decir, al ancestro de todos los animales, plantas, hongos y protistas; de todas las células con núcleo— hace m1600 o 1800 millones de años, su origen preciso sigue en disputa. “Los intentos previos se han basado en herramientas filogenéticas”, explica Degli Esposti, y tiene sentido. Si se estudia un proceso evolutivo, los árboles filogenéticos son los que suelen trazar el camino del presente hacia el pasado y resolver nuestras dudas. Sin embargo, Degli Esposti y sus colegas plantean una aproximación distinta, una basada en el orden y la presencia de genes —no tanto de su secuencia—, y en la bioquímica de las bacterias.
Degli Esposti también plantea un argumento sobre por qué la filogenia por sí misma no ha logrado desenmarañar este misterio: “Simplemente ha pasado demasiado tiempo”, dice con una risa entrecortada, “la señal filogenética está diluída y dispersa. Cada vez que intentas mejorar la señal con más datos, acabas metiendo más ruido. Se vuelve complicado”. Así que el equipo de trabajo decidió acercarse a este problema desde la bioquímica, desde el metabolismo, desde las recetas que utilizan para transformar el carbono. ¿Qué características tienen las mitocondrias? ¿Qué las hace únicas y cómo logran ser así?
Las mitocondrias son esenciales para nuestras células, ya que ellas se encargan del proceso de la respiración celular. Algo tan cotidiano como vital. Mediante este proceso bioquímico, las mitocondrias desmantelan azúcares y oxígeno para generar dióxido de carbono, agua, y una molécula que almacena energía, llamada ATP. Es decir, se encargan de generar pequeños paquetes de energía que, después, la célula puede utilizar para diversas funciones.
Una de las enzimas claves para ese proceso es conocida como citocromo oxidasa, o COX, y es la encargada de unir dos hidrógenos con un oxígeno para generar agua y mantener el flujo de electrones necesario para llevar a cabo la respiración celular. Para que la mitocondria pueda construir a COX, necesita de varios genes. “Así que buscamos la presencia de esos genes en distintos genomas bacterianos”, explica Degli Esposti. “También nos fijamos de que estuvieran en un cierto orden y aglomerados dentro de alguna región del genoma”. Sin embargo, esto no fue sencillo. Algunos de los genomas bacterianos de las bases de datos internacionales no se encuentran bien anotados. “Tuvimos que reanotar casi cuatrocientos genomas”, cuenta Degli Esposti, para poder contar con información confiable de los genomas bacterianos.
Otra pista que Degli Esposti y su equipo siguieron fue la de la cardiolipina, un lípido de origen bacteriano que se encuentra en grandes cantidades dentro de la membrana de las mitocondrias, y que también es necesaria para la respiración celular. Y con una aproximación similar al de COX, al observar cómo la construye la mitocondria y buscar esos mismos genes y herramientas en otras bacterias, poco a poco fueron reduciendo a los posibles candidatos de la mitocondria original.
Sin embargo, esta propuesta —no tan cercana a la filogenética— fue poco bien recibida. “¿Dónde está el árbol filogenético?”, le escribían los editores de las revistas a Degli Esposti. “Tocamos tres puertas”, comenta el académico del CCG. “Hasta que encontramos a alguien que entendió lo que estábamos haciendo y le encantó la propuesta”.
Las conclusiones de Degli Esposti y su equipo apuntan a un sospechoso nunca antes mencionado: el orden de las Iodidimonadales, pertenecientes a las alfa proteobacterias. Éstas son bacterias que, en la actualidad, viven en ambientes muy parecidos a los que, se sospecha, surgieron las mitocondrias. Es decir, en la zona de los océanos con un gradiente de oxígeno específico y donde pueden elegir si lo utilizan o no.
Mauro Degli Esposti es un investigador italiano que realizó casi toda su carrera profesional fuera de Italia. Conoció el CCG en una estancia de un mes en el 2014. “¡Vine a hacer una colaboración y me encantó!”, explica Mauro, “Llegué de tiempo completo en el 2016, y desde entonces he estado estudiando el origen bacteriano de las mitocondrias. Este es el artículo más importante de mi vida”. Como todo avance científico, este artículo está sujeto a la discusión y a nuevas propuestas de la comunidad científica. Probablemente, invitará a otros investigadores a seguir dicha propuesta de estudio del origen de las mitocondrias, pero por ahora, Mauro y su equipo están bastante satisfechos con lo que han logrado. Y así, propuesta sobre propuesta, sigue avanzando la ciencia.
Agustín B. Ávila Casanueva
Periodista y divulgador de ciencia. Miembro del colectivo Ciencia Beat, con quienes obtuvo el Premio Nacional de Periodismo 2018 en divulgación de la ciencia. Coordinador de la Unidad de Divulgación y Difusión del CCG UNAM.
Referencia
Otto Geiger, Alejandro Sanchez-Flores, Jonathan Padilla-Gómez, Mauro Degli Esposti., “Multiple approaches of cellular metabolism define the bacterial ancestry of mitochondria”, Sci. Adv. 9, 2023