Hace diez años, nadie sabía que Asgard Archaea incluso existía. Sin embargo, en 2015, los investigadores que examinan los sedimentos de aguas profundas descubrieron fragmentos de genes que indicaban una forma de microbios nueva y previamente no descubierta.
Con la asistencia informática, los investigadores reunieron estos fragmentos como piezas de rompecabezas para compilar todo el genoma. Fue solo entonces cuando se dieron cuenta de que estaban tratando con un grupo de arqueas previamente desconocido.
Al igual que las bacterias, las arqueas son organismos unicelulares. Sin embargo, genéticamente hay diferencias significativas entre los dos dominios, especialmente con respecto a sus sobres celulares y procesos metabólicos.
Después de una búsqueda adicional, los microbiólogos identificaron los organismos correspondientes, los describieron y los clasificaron como un subgrupo arqueico separado: Asgard Archaea. Su nombre, tomado del reino celestial en la mitología nórdica, hace referencia a su descubrimiento inicial cerca del castillo de Loki: un fumador negro en la cresta del Atlántico medio entre Noruega y Svalbard.
De hecho, Asgard Archaea parecía casi el cielo para la investigación: resultó ser un vínculo faltante entre arqueas y eucariotas, es decir, entre arqueas y organismos cuyas células contienen un núcleo, como plantas y animales.
Árbol de la vida con una rama menos
En los últimos años, los investigadores han encontrado indicios crecientes de vínculos estrechos entre Asgard Archaea y Eukaryotes, y que este último puede haber evolucionado de la primera. La división de todos los organismos vivos en los tres dominios de bacterias, arqueas y eucariotas no contuvo este sorprendente descubrimiento.
Desde entonces, algunos investigadores han propuesto con respecto a los eucariotas como grupo dentro de Asgard Archaea. Esto reduciría el número de dominios de la vida de tres a dos: arqueas, incluidos eucariotas y bacterias.
En ETH Zurich, el profesor Martin Pilhofer y su equipo están fascinados por Asgard Archaea y han examinado los misteriosos microbios durante varios años.
En un artículo publicado en Naturaleza Hace dos años, los investigadores de ETH exploraron los detalles de la estructura celular y la arquitectura de Lokiarchaeum ossiferum. Originario de los sedimentos de un canal de agua salobre en Eslovenia, este arqueón Asgard fue aislado por investigadores en el laboratorio de Christa Schleper en la Universidad de Viena.
En ese estudio, Pilhofer y sus investigadores postdoctorales Jingwei Xu y Florian Wollweber demostraron que Lokiarchaeum ossiferum Posee ciertas estructuras también típicas de los eucariotas. «Encontramos una proteína de actina en esa especie que parece muy similar a la proteína que se encuentra en los eucariotas, y ocurre en casi todas las arqueas de Asgard descubiertas hasta la fecha», dice Pilhofer.
En el primer estudio, los investigadores combinaron diferentes técnicas de microscopía para demostrar que esta proteína, llamada lokiactina, forma estructuras filamentosas, especialmente en las numerosas protuberancias similares al tentáculo de los microbios. «Parecen formar el esqueleto para la compleja arquitectura celular de Asgard Archaea», agrega Florian Wollweber.
Además de los filamentos de actina, los eucariotas también poseen microtúbulos. Estas estructuras en forma de tubo son el segundo componente clave del citoesqueleto y están compuestos de numerosas proteínas de tubulina. Estos pequeños tubos son importantes para los procesos de transporte dentro de una célula y la segregación de cromosomas durante la división celular
El origen de estos microtúbulos no ha sido claro, hasta ahora. En un artículo recientemente publicado en Celúla Los investigadores de ETH descubrieron estructuras relacionadas en Asgard Archaea y describen su estructura. Estos experimentos muestran que las tubulinas Asgard forman microtúbulos muy similares, aunque más pequeños que los de sus parientes eucariotas.
Sin embargo, solo unos pocos Lokiarchaeum Las células forman estos microtúbulos. Y, a diferencia de la actina, estas proteínas de tubulina solo aparecen en muy pocas especies de arqueas de Asgard.
Los científicos aún no entienden por qué las tubulinas aparecen tan raramente en Lokiarchaea, o por qué las células las necesitan. En los eucariotas, la microtubules es responsable de los procesos de transporte dentro de la celda. En algunos casos, las proteínas motoras «caminan» por estos tubos. Los investigadores de ETH aún no han observado tales proteínas motoras en Asgard Archaea.
«Sin embargo, hemos demostrado que los tubos formados a partir de estas tubulinas crecen en un extremo. Por lo tanto, sospechamos que realizan funciones de transporte similares como los microtúbulos en los eucariotas», dice Jingwei Xu, co-primero autor del Celúla estudiar. Produjo las tubulinas en un cultivo celular con células de insectos y examinó su estructura.
Investigadores de los campos de microbiología, bioquímica, biología celular y biología estructural colaboraron estrechamente en el estudio. «Nunca habríamos progresado hasta ahora sin este enfoque interdisciplinario», enfatiza a Pilhofer con un grado de orgullo.
¿Fue el citoesqueleto esencial para el desarrollo de la vida compleja? Si bien algunas preguntas permanecen sin respuesta, los investigadores confían en que el citoesqueleto fue un paso importante en la evolución de los eucariotas.
Este paso podría haber ocurrido hace eons, cuando un arqueón de Asgard entrelazó una bacteria con sus apéndices. En el curso de la evolución, esta bacteria se convirtió en una mitocondria, que sirve como la potencia de las células modernas. Con el tiempo, el núcleo y otros compartimentos evolucionaron, y nació la célula eucariota.
«Este notable citoesqueleto probablemente fue al comienzo de este desarrollo. Podría haber permitido que Asgard Archaea formara apéndices, permitiéndoles interactuar, y luego aprovechar y engullir una bacteria», dice Pilhofer.
Pesca para Asgard Archaea
Pilhofer y sus colegas ahora planean centrar su atención en la función de los filamentos de actina y la tubulina arqueal junto con los microtúbulos resultantes.
También tienen como objetivo identificar las proteínas que los investigadores han descubierto en la superficie de estos microbios. Pilhofer espera que su equipo pueda desarrollar anticuerpos adaptados con precisión a estas proteínas. Esto permitiría a los investigadores «pescar» específicamente para Asgard Archaea en cultivos de microbios mixtos.
«Todavía tenemos muchas preguntas sin respuesta sobre Asgard Archaea, especialmente con respecto a su relación con los eucariotas y su biología celular inusual», dice Pilhofer. «El seguimiento de los secretos de estos microbios es fascinante».
