Transformarse para sobrevivir

Picocianobacteria. 

Foto: gentileza María Paula Huber.

Un nuevo estudio demostró por primera vez que ciertas cianobacterias de agua dulce pueden alterar su estructura para subsistir cuando las condiciones del medio se vuelven desfavorables.

Por Paula Huber* y Fernando Unrein**

Las cianobacterias son los únicos organismos procariotas que tienen la capacidad de realizar fotosíntesis oxigénica, es decir aquella cuyo producto final es el oxígeno.

Representan el grupo fotosintético más antiguo del planeta (~3,6 millones de años) y desde su aparición cambiaron la evolución de la vida ya que mediante la fotosíntesis colmaron la tierra primitiva de oxígeno atmosférico, lo cual permitió el desarrollo de organismos más complejos.

En particular las picocianobacterias, aquellas menores a 2 micrones, se encuentran mundialmente distribuidas en lagos, ríos y océanos y son un reservorio de diversidad biológica.

Grupos tan ancestrales como las picocianobacterias lograron sobrevivir a condiciones tan cambiantes gracias al desarrollo de estrategias que les permitieron adaptarse a los diferentes escenarios ambientales.

Sin embargo, la posibilidad de cambiar no sólo se debe a una lenta herencia evolutiva.

Algunos organismos alteran su morfología – es decir, su forma – como respuesta inmediata a un cambio en su entorno.

Esta capacidad de presentar varios morfos o fenotipos según las condiciones del medio se conoce como plasticidad fenotípica y representa un gran valor adaptativo.

Se ha demostrado que cepas de picocianobacterias unicelulares tienden a formar colonias en respuesta a determinadas condiciones de estrés, como por ejemplo la presencia de depredadores.

Sin embargo no existían hasta el momento evidencias que demuestren la plasticidad fenotípica en comunidades naturales.

Picocianobacterias unicelulares y coloniales observadas con microscopio de epifluorescencia. Aumento: 1.000 veces el tamaño original. 

Foto: María Paula Huber.

Para dar respuesta a esta cuestión, un grupo de investigadores del Instituto de Investigaciones Biotecnológicas – Instituto Tecnológico de Chascomús “Dr. Raúl Alfonsín” (IIB-INTECH, CONICET-UNSAM) de Chascomús del que participamos, en conjunto con científicos catalanes del ICM-CSIC de Barcelona, realizamos un estudio en la laguna Chascomús.

Mediante un análisis de identidad genética vimos que muchas de las picocianobacterias unicelulares y coloniales que coexisten en la laguna pertenecerían a la misma especie.

Además, demostramos que la presencia de pequeños cladóceros (un crustáceo depredador presente en este ambiente) favorece la dominancia del fenotipo colonial – es decir aquellas que se agrupan en colonias – lo cual les permitiría evitar ser depredadas.

Con este trabajo se pudo conocer por primera vez que las picocianobacterias presentan plasticidad fenotípica bajo condiciones naturales, y que aquellas de la misma especie pueden estar presente en forma unicelular o colonial, dependiendo las condiciones del medio donde se desarrollan.

En organismos tan pequeños las características de sus estructuras son insuficientes para poder determinar a que especie pertenecen, y no hubiésemos podido ver las cambios que pueden ocurrir sin la combinación de distintas técnicas como la microscopía, citometría de flujo y la biología molecular.

Estos descubrimientos publicados recientemente en la revista Environmental Microbiology abren una nueva ventana al conocimiento de éstos organismos ancestrales.

Por un lado, nos permiten profundizar los conocimientos acerca de los mecanismos evolutivos que permiten la supervivencia de las especies en la tierra.

Por otro lado, nos alertan acerca de los caracteres morfológicos que se utilizan en la determinación de especies y remarcan la importancia del empleo de nuevas herramientas moleculares para poder conocer la diversidad oculta en estos microorganismos.

La revista le dedicó a este trabajo un artículo destacado, escrito por un reconocido investigador especialista en cianobacterias, donde evalúa el descubrimiento y discute las diversas ventajas de dicha estrategia en las cianobacterias y los factores que desencadenan esta respuesta.



*Paula Huber es becaria post-doctoral del CONICET en el Instituto Nacional de Limnología (INALI, CONICET-UNL) de Santa Fe.

Es Licenciada en Ciencias Biológicas por la Universidad Nacional de Río Cuarto, y Doctora en Biología Molecular y Biotecnología (Universidad Nacional de San Martín).

**Fernando Unrein es investigador independiente del CONICET en el IIB-INTECH, y Licenciado y Doctor en Ciencias Biológicas (Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires). Co-dirige el laboratorio de Ecología y Fotobiología Acuática del IIB-INTECH y es profesor en la Universidad Nacional de San Martín.

Esta investigación fue realizada en el marco de tesis doctoral de Paula Huber, dirigida por Fernando Unrein.

Se llevó a cabo en el Laboratorio de Ecología y Fotobiología Acuática (LEFA) del Instituto de Investigaciones Biotecnológicas de Chascomús (IIB-INTECH).

Sobre investigación.

– Fernando Unrein. Investigador independiente. LEFA. IIB-INTECH, Chascomús.
– Nadia Diovisalvi. Investigadora asistente. LEFA. IIB-INTECH, Chascomús.
– Marcela Ferraro. LEFA. IIB-INTECH. Chascomús.
– Sebastian Metz. Becario doctoral. LEFA. IIB-INTECH, Chascomús.
– Leonardo Lagomarsino. Investigador asistente. LEFA. IIB-INTECH, Chascomús.
– María Eugenia Llames. Investigador asistente. LEFA. IIB-INTECH, Chascomús.
– Marta Royo-Llonch. Departament de Biologia Marina i Oceanografia. ICM-CSIC. Barcelona. España.
– Jose Bustingorry. Profesional principal. LEFA. IIB-INTECH, Chascomús.
– Roberto Escaray. Profesional principal. LEFA. IIB-INTECH, Chascomús.
– Silvia G. Acinas. Departament de Biologia Marina i Oceanografia. ICM-CSIC. Barcelona. España.
– Josep M. Gasol. Departament de Biologia Marina i Oceanografia. ICM-CSIC. Barcelona. España.

CONICET

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Células madre: serás lo que debas ser

Nara Guisoni

Foto: CCT La Plata.

Una experta del CONICET La Plata participó de un estudio internacional que echó luz sobre los mecanismos que determinan el destino de estas células.

Las células madre juegan un rol fundamental en el desarrollo y mantenimiento de la vida ya que son las encargadas de renovarse -manteniendo una suerte de repositorio de células madre- y diferenciarse en los distintos tipos de células especializadas que forman un individuo, como las musculares, epiteliales o neuronales, entre otras.

El equilibrio dinámico entre renovación y diferenciación debe ser preciso para que no se genere una enfermedad proliferativa como el cáncer o la pérdida de la funcionalidad de los órganos.

Para entender qué factores intervienen en la definición del destino de las células madre, un grupo internacional de investigadores del que tomó parte una experta del CONICET La Plata llevó a cabo un trabajo de reciente publicación en la revista Development.

“Aún no hay un conocimiento completo sobre el funcionamiento de las células madre”, aclara Nara Guisoni, investigadora adjunta del CONICET en el Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos (IFLYSIB, CONICET – UNLP) y autora del trabajo, y detalla:

“Hasta hace poco se creía que se dividían en dos células distintas: una que mantiene su identidad, y la otra diferenciada.

Según ese paradigma, las células madre serían eternas, ya que su linaje celular continuaría indefinidamente.

Ahora se sabe que no siempre es así.

En algunas situaciones se generan dos iguales, y la definición del destino celular depende de la interacción entre ellas y con el entorno.

Todavía no se conoce bien cuáles son los mecanismos involucrados en esa decisión y qué factores son importantes en el proceso”.

La experta se sumó en 2012 al grupo de Biología de Sistemas liderado por  Jordi García Ojalvo de la Universidad Pompeu Fabra durante una estadía en Barcelona, España, en el marco de una beca externa para jóvenes investigadores del CONICET.

A partir de allí, comenzó a trabajar en la temática tomando como modelo el intestino de Drosophila melanogaster, la comúnmente llamada mosca de la fruta, cuyo organismo tiene similitudes con otros más complejos como el de los mamíferos.

“Un mecanismo muy general para la definición del destino celular que está presente en el intestino de D. melanogaster es la inhibición lateral, en la que dos células vecinas bloquean mutuamente la producción de determinada proteína.

Entonces, se genera una competencia dónde una pequeña asimetría en la concentración que cada una tenga de esa proteína es amplificada y define cuál permanece como célula madre y cuál se diferencia.

Debido a eso, dos células ‘iguales’ con un mismo destino se transforman en dos distintas con destinos diferentes”, desarrolla Guisoni.

“El problema con el que nos encontramos fue que ese mecanismo de inhibición lateral no alcanzaba para explicar un dato experimental que daba cuenta de que en el intestino de D.melanogaster existían tanto pares de células con destinos diferentes como con un mismo destino, ya sea las dos células madre o ambas diferenciadas.

Tenía que haber algo que generase una diversidad mayor de destinos, más allá de esa disputa que se creía se resolvía con cada una tomando un camino distinto”, comenta Guisoni.

“Hicimos distintas evaluaciones teóricas en base a un modelo matemático para la inhibición lateral y propusimos que la clave podía estar en la sensibilidad que tiene una célula respecto de otra vecina.

Las proteínas que intervienen en el proceso de inhibición mutua están presentes en las membranas celulares.

Entonces era posible que la variabilidad en el área de contacto entre células no diferenciadas fuera un factor que regule la definición del destino de las mismas”, puntualiza.

Para testear esa hipótesis, los científicos analizaron imágenes tridimensionales de células del intestino de D. melanogaster y pudieron medir el área de contacto.

Lograron comprobar que sí había variabilidad y que la intensidad de esa interacción está relacionada con el tipo de destino que cada una tiene.

“Si hay poco contacto, la señal de inhibición mutua es débil y las células no se diferencian; y en el caso contrario lo más probable es que ambas lo hagan.

Nosotros mostramos que la geometría de las células, es decir la forma en la que están compactadas, tiene influencia sobre la definición de sus destinos.

Así, para mantener el equilibrio en la proporción entre las células madre y las diferenciadas, además de la señalización por distintas moléculas, la forma en que están agrupadas también es un ingrediente importante”, subraya.

Para finalizar, Guisoni resalta que “lo que conseguimos es resultado de un trabajo interdisciplinario entre físicos y biólogos, en el que cada uno aportó desde su especialidad y logramos un diálogo entre modelos matemáticos y experimentos.

Aunque nos dedicamos a la investigación básica, el conocimiento sobre el funcionamiento de las células madre es fundamental para futuras aplicaciones tecnológicas relacionadas a la salud”.

Por Marcelo Gisande. CCT La Plata.

Sobre investigación:

– Nara Guisoni. Investigadora adjunta. IFLYSIB.
– Joaquín de Navascués. Universidad de Cardiff.
– Rosa Martínez Corral. Universidad Pompeu Fabra.
– Jordi García Ojalvo. Universidad Pompeu Fabra.

CONICET

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Importante distinción para investigadora del CONICET en España

Sandra Díaz

Foto: gentileza IPBES.

Es Sandra Díaz, doctora en Ciencias Biológicas y una de las mayores especialistas en materia de medio ambiente.

La doctora en Ciencias Biológicas, Sandra Díaz e investigadora superior del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) en el Instituto Multidisciplinario de Biología Vegetal (IMBIV, CONICET-UNC) fue premiada por el Gobierno Regional de Cataluña con el Premio Ramón Margalef de Ecología 2017. 

Para ello, el jurado valoró la contribución de Díaz y reconoce “su papel protagonista y pionero en el desarrollo teórico y la implementación práctica del concepto de diversidad funcional”, así como “las herramientas que ha desarrollado para la implementación metodológica del concepto y su aplicación empírica”.

También, se destacó el aporte de Díaz, reconocida en dos oportunidades como una de las Mentes Científicas más Influyentes del Mundo, a la comprensión del impacto del cambio ambiental global sobre la biodiversidad regional de los ecosistemas vegetales”.

Además, la doctora Díaz se desempeña como profesora titular de la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales de la Universidad Nacional de Córdoba y preside el Núcleo DiverSus de Investigaciones en Diversidad y Sustentabilidad. 

Sus investigaciones se destacan en el campo de Ambiente y Ecología, dado que sus contribuciones se centran en la ecología de comunidades y ecosistemas, la macroecología y la biodiversidad dentro del contexto del cambio ambiental global, con énfasis en América Latina.

Díaz formó parte del Comité de Ciencias de la Tierra del Futuro, la iniciativa integrada del Consejo Internacional para la Ciencia (ICSU) y co-preside la Evaluación Global sobre Biodiversidad y servicios ecosistémicos (IPBES). 

Reconocida con premios nacionales e internacionales se destacan el Premio Nobel de la Paz otorgado en 1997 al Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC), con el que trabajó entre 1994 y 2007 y fue una de las autoras líderes del proyecto Evaluación de los Ecosistemas del Milenio (Millenium Ecosystem Assessment). 

También, integra academias nacionales de ciencias de varios países, incluidas las Academias Nacionales de Ciencias de Francia y Estados Unidos, donde fue la primera mujer argentina en integrar la prestigiosa organización.

El premio es en honor a la memoria del profesor Ramon Margalef (Barcelona, 1919-2004),  uno de los máximos exponentes mundiales, reconocido por su contribución en la tarea científica e intelectual en el campo de la ecología moderna. 

El acto de entrega del galardón tendrá lugar este otoño en Barcelona.

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