Por Alejandro Zamponi

Al principio de nuestras vidas no somos más que una sola célula. Específicamente: una célula eucariota. Es una célula minúscula, que hay que mirar por microscopio, pero que está programada para crecer hasta formar un bebé y completar el ciclo de la vida. Si se le presta la suficiente atención es un fenómeno asombroso. La ciencia ha avanzado en su estudio, pero aún hay muchos enigmas por responder. Por ejemplo: cómo adquirieron los espermatozoides y los óvulos (también llamados gametos), la capacidad de fusionarse hasta formar una nueva célula eucariota. Una colaboración internacional liderada por investigadores de la UNSAM aporta nuevas pistas para responder esta pregunta.

Crédito: Clouds Hill Imaging

Pablo Aguilar es docente de la Escuela de Bio y Nanotecnolgías (EByN) de la UNSAM, donde también se desempeñó como investigador entre 2014 y 2018. En 2017, junto a David Moi, estudiante de doctorado de la UNSAM  y a otros investigadores publicaron un artículo científico en la revista Journal of Cell Biology que mostraba una sorprendente relación entre proteínas virales y proteínas de fusión de gametos (ver reseña aquí). Gracias a dos subsidios obtenidos en 2017 (clic aquí) Aguilar y Moi pudieron continuar su trabajo e iniciar una colaboración con un grupo de la universidad suiza de Lausanne (donde ahora David realiza su posdoctorado). Hace unos días el producto de esa colaboración -que también involucró a grupos de investigación de Israel, Suecia y Uruguay, y a la compañía de inteligencia artificial DeepMind, del Reino Unido- fue publicado por Nature Communications (clic aquí): la proteína que posibilita la reproducción sexual de plantas, parásitos y animales invertebrados, podría tener su origen no en virus ni en eucariotas ancestrales sino en organismos unicelulares que aparecieron en la Tierra hace 3.000 millones de años, llamados arqueobacterias. Es decir que mucho antes de que existiera el sexo, existieron celulas equipadas con los componentes moleculares que utilizan óvulos y espermatozoides para fusionarse.

El hallazgo fue reseñado en la revista Quanta, en La Diaria de Uruguay, Science & Vie de Francia, Jerusalem Post de Israel y motivó notas del Institut Pasteur de Montevideo, del Karolinska Institutet, del Sincrotrón Europeo (de Grenoble, donde se estudió la estructura de la proteína involucrada en el hallazgo) y en el diario Página/12.

De izq. a derecha: Aguilar y Moi

¿Qué muestra este trabajo?

La fusión de un óvulo y una célula espermática, células especializadas que llevan la información genética de la nueva generación, es un paso clave en la reproducción de casi todos los eucariotas. La fusión entre células es un proceso poco común y cuidadosamente regulado ya que si ocurre de manera descontrolada puede ser letal. Debido a esto, proteínas especializadas en fusionar células llamadas fusógenos sólo actúan en lugares y momentos muy precisos, como por ejemplo cuando un óvulo se encuentra con una célula espermática, de la misma especie. 

En este trabajo se reporta que las fusexinas, fusógenos típicos de la reproducción de plantas, parásitos y otros animales también existen en organismos unicelulares llamados arqueobacterias. Las arqueobacterias (o arqueas) son organismos ancestrales, parecidas a las bacterias, que existen en el planeta desde hace más de 3.000 millones de años, mucho antes de la aparición de los llamados organismos eucariotas (plantas, animales, hongos y muchos otros como por ejemplo las amebas y las aves). El hallazgo y estudio de las características de estos fusógenos de arqueas sugiere que la reproducción sexual, tal como la conocemos ahora, haya evolucionado a partir de una forma de sexualidad primitiva de estos organismos ancestrales.

¿Por qué estos hallazgos son importantes?

El proceso que permite la fusión de dos células sexuales ha sido estudiado intensamente desde que se lo conoce, hace más de 150 años. Hace pocos años, Aguilar, Moi y colaboradores demostraron que la proteína HAP2/GCS1, conocida por participar en la reproducción de plantas, parásitos y animales no vertebrados era el fusógeno de gametos tan buscado. También reportaron algo que fué sorprendente: HAP2/GCS1 es idéntica a proteínas de fusión de algunos virus (como el del Dengue y el de la rubeola) que las usan para invadir células. Esto quiere decir que HAP2/GCS1 y las proteínas de fusion virales pertenecen a una familia de proteínas que se llamó “fusexinas”, con una historia genealógica (o evolutiva) en común.

Como HAP2/GCS1 es una proteína originaria de eucariotas, es decir que existe desde que aparecieron los primeros organismos con núcleo y organelas, se planteó un dilema del tipo del “huevo o la gallina”: ¿Que fusexina apareció primero? Fue una viral que luego fué capturada por las primeras células eucariotas para iniciar la reproducción sexual o fué al revés?

Ahora, el descubrimiento de fusexinas en arqueobacterias transforma el dilema en un “trilema” evolutivo. Las fusexinas podrían ser originiarias de arqueas, habiendo llegado luego a los primeros eucariotas y a virus.

Representación de la estructura cristalográfica de Fsx1, una fusexina de arqueas. Credito: Luca Jovine, Karolinska Institutet

¿Cómo se realizaron estos estudios?

Estos estudios son producto de una larga e intensa colaboración con grupos de investigación de Argentina, Uruguay, Suecia, Israel y Suiza y también de la compañía de inteligencia artificial DeepMind, del Reino Unido. Se combinaron distintas disciplinas: biología computacional, cristalografía de rayos X, biología celular e inteligencia artificial.   

Fuentes de financiamiento

La parte local del trabajo fue financiada a través de una Beca de Doctorado de CONICET (David Moi), de un fondo de colaboración científica Suiza-Argentina (Christophe Dessimoz, Pablo Aguilar) y de un subsidio PICT del Fondo Nacional de Ciencia y Tecnología, Pablo Aguilar es investigador independiente de CONICET.

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