"En alguns casos, la infecció d'un bacteri pot resultar avantatjosa per a l'insecte perquè li subministra els nutrients que necessita"

18/02/2021

- Amparo Latorre, Catedràtica de Genètica i investigadora de l'Institut de Biologia Integrativa de Sistemes (l2SysBio) Universitat de València-CSIC  - Aquesta vesprada a partir de les 19.30 hores imparteix la conferència en línia "Simbiosi en insectes: aprenent a conviure" que pot seguir-se en directe a través d'aquesta enllaç  

Hi ha una constant interacció entre els bacteris i els hostes, és a dir, nosaltres mateixos per exemple, que podem arribar a albergar fins a dos quilos de bacteris, sobretot en el nostre intestí. La microbiota intestinal humana i el seu impacte en diverses malalties és un dels seus àmbits d'investigació. En la seua trajectòria científica, l'estudi dels pugons li va portar a investigar als bacteris que formen simbiosis amb aquests insectes des de fa 200 milions d'anys. Parlem amb la catedràtica de Genètica Amparo Latorre que aquesta vesprada participa en el cicle de divulgació científica "Una Comunitat *amb ciència' per a compartir les seues investigacions en seqüenciació genòmica i genòmica comparada en un camp científic que resulta fascinant. Ha participat en el descobriment de casos com el del pugó del cedre que alberga el endosimbionte amb el genoma més xicotet conegut fins llavors. O el de les paneroles que posseeixen una rica microbiota intestinal similar en complexitat a l'intestí dels mamífers, la qual cosa ha derivat en una nova línia d'investigació: saber si tots dos sistemes (endosimbionte i microbiota intestinal) d'alguna manera “dialoguen". 

Què va suposar Lyn Margulis i la seua teoria simbiòtica per a l'evolució cel·lular? 

No hi ha cap dubte que la teoria endosimbiòtica de Lynn Margulis, a qui vaig tindre el plaer de conéixer i compartir moments entranyables, va suposar un canvi radical en l'enteniment de l'origen de mitocondris i cloroplasts que va tindre lloc en la formació de la cèl·lula eucariòtica. Ella ho va postular en un moment difícil per a contrastar la seua teoria. Potser per això (i possiblement també per ser dona), va tindre seriosos problemes perquè li acceptaren la publicació. Però era infatigable i es va dedicar al tema de la simbiosi fins al final. Actualment ja s'ha demostrat que l'origen del mitocondri va ser a partir d'una *alpha-*proteobacteria i dels plasts, a partir d'una cianobacteria. 

Quins tipus de simbiosis en insectes existeixen? Com ho investiguen? 

En relació al benefici o perjudici que puguen causar els simbionts a l'hoste, la simbiosi es defineix com a mutualisme, quan, tots dos hoste i simbiont, es beneficien, parasitisme, quan un es beneficia a costa de l'altre i comensalisme quan un es beneficia però l'altre no ix perjudicat. A més, es poden classificar atenent la seua localització dins de l'insecte, al seu grau de dependència, etc. La nostra investigació es va iniciar amb l'estudi del sistema pugó/endosimbiote(s), posteriorment vam voler saber si en altres models el cas era similar i estudiem les formigues fuster, la mosca blanca, les cochinillas i les paneroles. Precisament aquest últim estudi el realitzem perquè no enteníem com uns insectes que s'alimenten de dietes complexes (són omnívors) portaven un endosimbionte, el paper del qual és nutricional aportant a l'insecte els nutrients que no pot obtindre de la seua dieta. El descobriment que les paneroles, a més d'un endosimbionte posseeixen una rica microbiota intestinal, similar en complexitat a la qual ocorre en l'intestí de mamífers ha derivat en una nova línia d'investigació en la qual tractem d'entendre si tots dos sistemes (endosimbionte i microbiota intestinal) d'alguna manera “dialoguen”. Que sapiem, és l'únic cas d'un insecte on coexisteix els dos tipus de simbionts. Les formigues, emparentades amb les paneroles, han perdut el endosimbionte i només posseeixen una microbiota intestinal molt especialitzada. La investigació està basada principalment en la seqüenciació del genoma i la genòmica comparada, però també utilitzem altres metodologies, com a microscòpia, hibridació amb sondes, tècniques “omicas” (metagenómica, metatranscriptomics, metaproteómica i metabolómica). A més, tractem als insectes amb antibiòtics, o amb dietes pobres en Nitrogen, i mesurem paràmetres d'eficàcia biològica. 

Diu que la relació pot ser tan íntima que els bacteris es troben “segrestades” en cèl·lules especialitzades de l'allotjat, els bacteriocitos. Què és el que ocorre? 

Els insectes que tenen una relació de mutualisme obligat amb una (o unes poques) bacteris endosimbiontes, es caracteritzen perquè han desenvolupat unes cèl·lules especialitzades, que són per tant eucariòtiques, on s'alberguen els bacteris. Aquest és un procés que ocorre en el desenvolupament en el qual, d'una banda, gens de l'insecte s'han especialitzat per a desenvolupar aquestes cèl·lules i, per part seua, uns pocs bacteris infecten aquestes cèl·lules en els ous o embrions (en el cas d'insectes partenogenètiques) en les femelles, per a transmetre's a la següent generació. Es tracta, per tant, d'una herència materna similar a la que ocorre en els mitocondris. Encara no és clar com el sistema immune de l'insecte no reconeix a aquests bacteris en el moment de la infecció, que és quan es troben lliures en el citoplasma. Les dades que tenim semblen indicar que el procés no és universal i que cada llinatge ha desenvolupat mecanismes diferents per a assegurar-se una correcta transmissió. 

Alguns dels casos que analitza es donen en els pugons. Quins exemples o models investiga? 

Com en el cas anterior, uns estudis ens han portat a uns altres. El problema amb estudiar endosimbiontes és que no es poden cultivar, per la qual cosa la investigació no es pot dur a terme de la manera tradicional que s'estudien els bacteris en el camp de la microbiologia. Per això, a l'inici de la investigació recorrem a la genòmica per a conéixer el seu contingut gènic i així derivar les seues funcions. Cooperem amb entomotolecs per a recollir  pugons de diferents llinatges, amb cicles de vida diferents, etc. Així comencem seqüenciant el genoma del endosimbionte d'un pugó d'una família molt allunyada de l'estudiada fins a aqueix moment i iniciem el camp de la genòmica comparada. Posteriorment, estudiem representants d'altres famílies i va ser quan ens trobem amb el cas del pugó del cedre que albergava el endosimbionte amb el genoma més xicotet conegut fins llavors. Això va suposar una fita en el camp i ja ens dediquem a estudiar altres membres de la família i ens hem trobats amb casos fascinant. A més, el grup ha participat en la seqüenciació del genoma d'alguns pugons. 

L'any passat van descobrir una nova família gènica de proteïnes antimicrobianes en la panerola germànica que podria explicar l'adaptació d'aquests insectes als entorns insalubres. En què consisteix aquest treball? 

Els gens que codifiquen els pèptids antimicrobians, un dels mecanismes de defensa enfront d'infeccions microbianes, són xicotets i difícils d'anotar en els genomes. En aquest treball s'ha utilitzat el genoma de Blattella germanica i un transcriptoma de femelles adultes per a caracteritzar el repertori gènic. S'ha comprovat que l'espècie disposa de 39 gens que codifiquen cinc tipus de pèptids antimicroianos, un número considerablement major que en moltes espècies d'insectes. S'ha detectat un nou tipus de gens als quals s'ha denominat *blatelicinas. Aquests gens són una innovació evolutiva que ha sorgit en el llinatge de Blattella i les proteïnes derivades contenen a més d'un domini amb funció antimicrobiana (domini  atacina), una llarga tira d'aminoàcids formada per àcids glutàmics i glutamines la funció de les quals no ha sigut caracteritzada encara. Aquests gens s'expressen només en adults.

Per què hi ha un bacteri es pot convertir en paràsit, i en canvi, en altres simbiosis pot tindre efectes positius per a l'insecte hoste?

Aquest és un tema d'ampli debat i encara no ben resolt. Més aviat pot succeir el contrari. Com he comentat anteriorment, tots els eucariotes tenim sistemes de defenses contra microorganismes. Quan aquests no funcionen els bacteris són patògens. En alguns casos, la infecció d'un bacteri pot resultar avantatjosa per a l'insecte perquè li subministra els nutrients que aquest necessita. Es produeix, llavors, un cas clar de coevolució, en el qual com a hoste i simbiont es necessiten mútuament, van evolucionant fins a les endosimbiosis mutualistes que coneixem actualment. És clar, que al llarg de l'evolució ha d'haver-hi hagut molts intents per part d'insectes ancestrals per a colonitzar nous nínxols, però que, si no han comptat amb l'aportació de nutrients d'algun bacteri, no hauran tingut èxit. Existeixen exemples de bacteris del mateix gènere que són patògenes per a alguns insectes, però mutualistes per a uns altres, o fins i tot per a altres organismes. 

La seua investigació se centra en l'estudi de la microbiota intestinal humana i el seu impacte en diverses malalties. Fins a quin punt afecten la nostra salut aquests microorganismes? 

El nostre coneixement en el camp de la simbiosi, ens va portar a col·laborar en estudis de la microbiota intestinal humana i la seua relació amb diferents malalties. Aquest és un camp que ha evolucionat molt en uns pocs anys, de nou gràcies a les tècniques “omicas” i bioinformàtiques per a tractar la gran quantitat i complexitat de les dades obtingudes. Sabem que la *microbiota intestinal és beneficiosa i necessària per a la salut i, sabem, a més, que la seua composició pot variar en funció de diversos paràmetres, com l'edat, la dieta, l'ambient, la composició genètica de l'individu, etc. Quan hi ha un desequilibri en la composició que es requereix per alguna pertorbació, per exemple, en prendre antibiòtics, aquesta composició varia i pot afectar la salut. Un cas concret en el qual hem treballat és el del bacteri Clostidium difficile, que, encara que presente en molt baixes quantitats en l'intestí, la seua acció està controlada per altres bacteris. Si aquestes desapareixen, o disminueixen es produeix la malaltia. 

 

Hui dijous 18 de febrer, partir de les 19.30 hores imparteix la conferència en línia "Simbiosi en insectes: aprenent a conviure" que pot seguir-se en directe a través d'aquesta enllaç