(o como una levadura permaneció oculta al mundo conviviendo con la pareja simbionte mas reconocida)
El statu quo, o lo que se supone se sabía.
Desde el siglo 19 que los líquenes han sido el mejor ejemplo al momento de explicar la simbiosis, una relación biológica en la cual ambos participantes salen favorecidos. En efecto, esta aceptado casi como dogma que los líquenes corresponden a una asociación entre dos microrganismos: un hongo y un alga o cianobacteria.
Fue un botánico suizo, Simon Schwendener el primer científico en proponer que algunos organismos no son autónomos, sino combinaciones de especies no relacionadas que trabajan juntos. Sus observaciones y estudios de los líquenes le permitieron proponer que tales organismos son el resultado de la colaboración entre un hongo filamentoso y un organismo fotosintético. Este último, ya sea un alga o cianobacteria produce nutrientes mediante la conversión de la energía del sol y el dióxido de carbono. El hongo, a su vez, forma la estructura principal del liquen (micelio o talo) que ofrece una protección estructural del medio ambiente al “socio” fotosíntetizador. Esta asociación resulta en una complementación funcional y estructural tal que le ha permitido a los líquenes crecer en una amplia diversidad de superficies y ambientes inhóspitos para la gran mayoría de los seres vivos. Además, los líquenes manifiestan una diversidad de formas, colores y producen una amplia variedad de metabolitos secundarios.
El descubrimiento de la levadura escondida
Aunque no es común que ocurra con frecuencia, suele pasar en ciencia que ciertos conocimientos o verdades establecidas por mucho tiempo, cambian debido a un descubrimiento –a veces- fortuito. En este caso, un grupo interdisciplinario e interinstitucional de investigadores de USA, Suiza, Suecia y Canadá encontraron en los líquenes un tercer asociado: una levadura. El artículo salió publicado en julio de este trabajo en la revista Nature, titulado Basidiomycete yeasts in the cortex of ascomycete macrolichens (el articulo esta aquí)
El descubrimiento que levaduras específicas actúan como terceros socios simbióticos en líquenes se inició, eso sí, con otro objetivo. En efecto, se estaba estudiando por qué dos especies de líquenes genéticamente idénticos tenían atributos distintivos. El liquen Bryoria tortuosa es de color amarillo y produce una sustancia tóxica conocida como ácido vulpinico mientras que Bryoria fremontii, compuesto por el mismo hongo y alga, es de color marrón oscuro y no produce dicho ácido.
El primer análisis realizado fue comparar la identidad y abundancia de los genes que se expresaban en los hongos presentes en ambos líquenes (análisis de transcriptomica). Los genes expresados fueron analizados buscando marcadores (tipo SNPs) propios del grupo genético del hongo involucrado. Los genes también se compararon con genes descritos para otros hongos del mismo grupo taxonómico (en este caso los Ascomycetes). En ninguno de los casos se encontraron diferencias significativas. Sin embargo, cuando se ampliaron los análisis incluyendo en las comparaciones todos los hongos, se encontró que una cantidad significativa de genes eran similares a los descritos en basidiomicetes, un grupo taxonómico de hongos diferentes a los descritos en dichos líquenes. Estos genes eran más abundante en el micelio de B. tortuosa (productor de ac. vulpinico). Estos datos sugirieron la presencia de un segundo socio fúngico y un tercer participante en esta asociación. Se encontró que en otros líquenes, incluso algunos creciendo cercano a los estudiados, también presentaban secuencias de genes de basidiomicetes, pero distintos a los inicialmente descritos en B. tortuosa. Este tipo de secuencias se encontraron presentes, además, en 52 géneros de líquenes distribuidos en los 6 continentes. En su conjunto, estos datos indican que este tercer socio, el basidiomicete, es ubicuo, asociado globalmente con diversas especies de líquenes en el mundo.
Para lograr una mejor identificación del tercer socio, se analizaron los genes ribosomales expresados y se compararon con aquellos previamente descritos. Se encontró que eran similares, pero no idénticos, a una especie de levadura basidiomicete denominada Cystobasidium minutum, perteneciente a la clase Cystobasidiomycetes. De este tipo de hongos, solo un par de especies del genero Cyphobasidium, se habían descrito estar asociados a líquenes. Los análisis filogenéticos mostraron que las secuencias de basidiomicetes identificadas en los líquenes son similares a los de este género, formando un grupo bien definido (linaje) y totalmente nuevo a lo descrito previamente.
Debido a la imposibilidad de cultivar los organismos involucrados por separados, se generaron sondas de hibridación fluorescente in situ (FISH) específicas para el hongo filamentoso y el tercer socio, el cystobasidiomycete. Se encontró que esta última sonda reconocía células levaduriformes incrustadas en la corteza periférica tanto de B. fremontii como de B. tortuosa. Concordantemente a los datos de abundancia de transcripción, estas células fueron más abundantes en los micelios de B. tortuosa.
Abundancia diferencial de levaduras Cyphobasidiales en B. fremontii y B. tortuosa evidenciada por hibridación. (A) B. fremontii, (B) algunas células de levadura en vivo a nivel de la corteza. (C) B. tortuosa, con (D) abundantes células de levadura en la zona cortical (barras de escala, 20 um).
Mediante esta tecnología, la presencia de levaduras fue observada en otros líquenes y con idéntica ubicación. Esta última, corresponde a la corteza periférica o exterior del micelio del hongo, particularmente embebidos en polisacáridos. Esto podría explicar por qué estas células no se observan comúnmente en microscopia electrónica de barrido.
Imágenes fluorescentes de elementos fúngicos duales en un filamento del liquen. (A) Microscopía Electrónica de Barrido de un filamento de Bryoria capillaris (barra de escala, 200 micras). (B) Hibridación FISH del filamento de B. capillaris , mostrando levaduras cyphobasidiales (verde) y el hongo ascomicetee (azul) con algas cuya clorofila A autofluoresce (rojo). El volumen dentro de las dos líneas verticales se visualiza a la derecha; la vista frontal no recortada se muestra en la parte superior. C) Detalle de las células de levadura (barra de escala, 5 micras).
Y finalmente son tres.
Los autores estaban inicialmente escépticos de los resultados, pensando que estaban enfrentando tal vez una contaminación. El convencimiento vino una vez que comenzaron a buscar levaduras similares en otros líquenes, encontrando linajes relacionados en líquenes en todo el mundo.
Este descubrimiento trastorna y modifica los supuestos de larga data acerca de la relación simbiótica mejor estudiado en el planeta. Estas levaduras comprenden todo un linaje que no se sabía que existía y sin embargo, se encuentran en una variedad de líquenes en todos los continentes como un tercer socio simbiótico.
Este es un excelente ejemplo de cómo las cosas pueden estar ocultas justo debajo de los ojos y por qué es crucial seguir estudiando el mundo, particularmente el microbiano, con nuevas herramientas.
Animaciones del articulo.
El articulo incorpora en su versión online dos animaciones:
ANIMACION 1. Animación a través de la región de la corteza del micelio de Bryoria tortuosa. El metabolito secundario (ácido vulpinico) autofluoresce en el mismo canal que el hongo ascomicete que se observa de color púrpura. Las levaduras marcadas con 6-FAM (sonda para Cyphobasidiales) se observan de color verde.
ANIMACION2. Animación a través de un filamento de Bryoria capillaris. Las levaduras Cyphobasidiales (basidiomicetos) se representan en verde, mientras que el hongo (ascomicete) filamentosos se observa de color y las algas (Trebouxia simplex) se representan en rojo.
FINALMENTE: el título de este post es inspiración de la notable música de King Crimson – Three of a Perfect PairThree of a Perfect Pair (1995).
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