Fuente:Nature.
Según un artículo publicado en Science, expertos estadounidenses descubrieron un tipo de orgánulo, una estructura celular fundamental, que puede convertir el gas nitrógeno en una forma útil para el crecimiento celular.
Mundoagro detalló que se trató de la estructura, llamada nitroplasto, en las algas podría impulsar los esfuerzos para modificar genéticamente las plantas para convertir o “fijar” su propio nitrógeno, lo que podría aumentar el rendimiento de los cultivos y reducir la necesidad de fertilizantes.
“La fijación de nitrógeno sólo ocurre en bacterias y arqueas”, dijo a Nature el ecólogo oceánico Jonathan Zehr de la Universidad de California y coautor del estudio. “Esta especie de alga es el primer eucariota fijador de nitrógeno en cuanto al grupo de organismos que incluye plantas y animales”, agregó.
En 2012, Zehr y sus colegas informaron que el alga marina Braarudosphaera bigelowii interactuaba estrechamente con una bacteria llamada UCYN-A que parecía vivir dentro o sobre las células de las algas. Los investigadores plantearon la hipótesis de que UCYN-A convierte el gas nitrógeno en compuestos que las algas utilizan para crecer, como el amoníaco. A cambio, se pensaba que las bacterias obtenían de las algas una fuente de energía basada en el carbono.
Pero en el último estudio, Zehr y los expertos concluyeron que UCYN-A debería clasificarse como orgánulos dentro de las algas, en lugar de como un organismo separado. “Según el análisis genético de un estudio anterior, los antepasados de las algas y las bacterias entraron en una relación simbiótica hace unos 100 millones de años, afirmó Zehr. Con el tiempo, esto dio lugar al orgánulo nitroplasto, que ahora se ve en B. bigelowii .
¿Cómo funciona el proceso de selección?
Los investigadores utilizaron dos criterios clave para decidir si una célula bacteriana se ha convertido en un orgánulo de una célula huésped. En primer lugar, la estructura celular en cuestión debe transmitirse de generación en generación en la célula huésped. En segundo lugar, la estructura debe depender de las proteínas proporcionadas por la célula huésped.
Al obtener imágenes de docenas de células de algas en varias etapas de división celular, el equipo descubrió que el nitroplasto se divide en dos justo antes de que toda la célula de alga se divida. De esta manera, un nitroplasto se transmite de la célula madre a su descendencia, como ocurre con otras estructuras celulares.
Los investigadores descubrieron que el nitroplasto obtiene las proteínas que necesita para crecer de la célula más amplia del alga. “El nitroplasto en sí, que constituye más del 8% del volumen de cada célula huésped, carece de proteínas clave necesarias para la fotosíntesis y la producción de material genético. Muchas de estas proteínas, de las algas, simplemente llenan esos vacíos en el metabolismo”, comentó Zehr.
El descubrimiento fue posible gracias al trabajo de la autora del estudio, Kyoko Hagino, de la Universidad de Kochi en Japón, quien pasó alrededor de una década perfeccionando una forma de cultivar algas en el laboratorio, lo que permitió estudiarlas con más detalle
“Es bastante notable”, dijo Siv Andersson, que estudia cómo evolucionan los orgánulos en la Universidad de Uppsala en Suecia. “Realmente ven todas estas características que creemos que son características de los orgánulos”, destacó.
Plantas mejoradas
Comprender cómo interactúa el nitroplasto con su célula huésped podría respaldar los esfuerzos para diseñar cultivos que puedan fijar su propio nitrógeno. Esto reduciría la necesidad de fertilizantes a base de nitrógeno y evitaría parte del daño ambiental que causan. Los trucos necesarios para que este sistema funcione podrían utilizarse en la ingeniería de plantas terrestres”, resaltó Zehr.
“El rendimiento de los cultivos está muy limitado por la disponibilidad de nitrógeno”, indicó Eva Nowack, que estudia las bacterias simbióticas en la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf, en Alemania. “Tener un orgánulo fijador de nitrógeno en una planta de cultivo sería, por supuesto, fantástico. Pero introducir esta capacidad en las plantas no será tarea fácil, advierte. Las células vegetales que contienen el código genético del nitroplasto tendrían que diseñarse de tal manera que los genes se transfirieron de forma estable de generación en generación, por ejemplo. Eso sería lo más difícil de hacer”, señaló-
“Es a la vez un placer y muy impresionante ver cómo este trabajo se convierte en lo que sin duda es un paso importante hacia la comprensión”, finalizó Jeffrey Elhai, biólogo celular de la Virginia Commonwealth University en Richmond.